[发明专利]一种自支撑陶瓷薄膜的连续化生产烧结装置

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷薄膜，尤其是涉及在高温环境气氛下的一种自支撑陶瓷薄膜的连续化生产烧结装置。

背景技术

陶瓷薄膜是用特殊工艺技术，将陶瓷材料制成厚度在微米级别而仍能保持陶瓷优越性能的一类陶瓷材料。所制成的薄膜器件可用于集成电路、半导体电路等技术中。近年来，微电子机械系统(MEMS)作为新兴技术，凭借其强大的生命力取得了日新月异的发展，由此带动了一大批新型材料的研究与改良。其中，各种陶瓷薄膜材料由于具有一些优越的性能而受到众多研究者的青睐。常见的陶瓷薄膜有：高介电常数的钛酸钡薄膜、钛酸铅薄膜，可用于制造大容量的薄膜电容器；掺镧的锶钡钛酸盐薄膜，可制成热敏辐射热测量器；铌酸锶钡薄膜，可制成热释电探测器；钛酸铋薄膜，可制成铁电显示器；钇钡铜氧薄膜，可制成超导体；氧化铝薄膜、氧化锆薄膜、氧化钛薄膜，可作为固-液分离膜使用；碳化硅薄膜具有击穿电场高、热导率大、介电常数小、电子迁移率高、热膨胀系数低、抗辐射能力强及化学稳定性好等优异的物理化学特性，在微机电系统、功率器件、发光二极管(LED)等领域中发挥着重要作用。

目前薄膜制备技术众多，主要集中在物理气相输运(PVT)、化学气相沉积(CVD)、液相外延生长(LPE)、分子束外延法(MBE)和聚合物前驱体转化法(PDC)等。化学气相沉积法是制备薄膜的常用方法，由于其制备的薄膜均匀性好、能在大面积基底上成膜以及易于控制等优点倍受青睐，从而被广泛应用于半导体生产以及元器件镀膜工艺中，但CVD法仍存在许多不足之处，SiC沉积速率缓慢，成本高，且只能进行表面沉积，对于复杂高比表面的三维微结构的制造不适用。研究表明，借助硅基片高温沉积3C-SiC薄膜，薄膜与基底Si存在着较大晶格失配(约为20％)和热膨胀失配(约为8％)，导致产品存在大量的残余应力，严重制约了SiC薄膜的使用范围。并且在制作微执行器及微型机构等结构部件时，基底的剥离造成了薄膜产品的表面粗糙、工艺的复杂化及资源的严重浪费。相对而言，聚合物先驱体转化法(PDC法)在薄膜的制备上就表现出显著的优点，其原料可以是液态聚合物、溶液或熔体，涂覆于基底或注入模具后采用光交联固化或热压成型等方法使其固化，可借鉴高分子材料加工工艺来加工各种部件，它特别适于制造复杂形状的高比表面微型陶瓷器件。PDC法显现出原料选取范围广、制备工艺简单和先驱体裂解温度较低等优点，并且可对先驱体的结构进行设计，以改变产物的组成、结构和性能，满足不同材料的使用要求。因此，PDC法在高温MEMS领域理论研究和应用方面都具有良好的前景。

先驱体转化法是陶瓷材料制备领域的一次重大变革，它以有机金属聚合物作为先驱体，经过不熔化处理和高温裂解，使之变成无机陶瓷材料。以自支撑碳化硅陶瓷薄膜为例，本申请人在中国专利ZL2008100705331中将先驱体转化法与熔融纺膜法相结合制备连续自支撑碳化硅陶瓷薄膜，它利用一种特殊的薄膜成型装置，制备得到薄膜厚度更小、表面更平整、致密均匀、连续的PCS原膜，经过后续不熔化处理和高温裂解即可制得自支撑碳化硅陶瓷薄膜，且该技术生产工艺简单、成本低。但是，由于现有高温烧结装置存在均温区较短、不能实现自动化等问题，导致薄膜后续的烧结工艺无法实现连续化。

目前有一些关于连续烧结炉装置的专利，但是适用于自支撑陶瓷薄膜的连续化生产烧结装置还尚未发现。

中国专利CN201311177Y中关于多炉段连续烧结炉的设计，由于其内部存在多道炉门结构，因此只适合用于金属粉末注射成型等方法制造的一些小尺寸零件的烧结，无法对连续自支撑陶瓷薄膜进行连续化生产烧结。

中国专利CN101839637A中关于连续烧结炉和制造系统的设计，虽然可以用于连续自支撑陶瓷薄膜的连续化生产烧结，但是由于此装置的入口和出口跟外部环境是相通的，因此无法满足特殊的烧结气氛要求。

中国专利CN2375937Y中关于推舟式真空电阻直热式热压连续烧结炉的设计，虽然可以实现真空和特殊气氛要求，但是其推舟式的连续进出料机构无法满足连续自支撑陶瓷薄膜的连续化烧结要求，因此这个装置也只可适用于金刚石制品、粉末冶金与金属陶瓷产品的研制与生产。

通过以上研究分析发现，设计一种可用于自支撑陶瓷薄膜在高温环境气氛下的连续化生产烧结装置是非常必要的。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有陶瓷烧结装置均温区短、自动化程度低即无法实现连续化生产烧结的局限性，提供可用于高温环境气氛下的一种自支撑陶瓷薄膜的连续化生产烧结装置。

本发明设有高温炉系统和样品传送系统；

所述高温炉系统设有炉体、加热装置、真空装置；