[发明专利]一种含Si3

说明书

本发明公开了一种含Si₃N₄和BN复合涂层的碳陶复合材料坩埚及其制备方法，由碳陶坩埚基体依次沉积Si₃N₄涂层、BN涂层制得。本发明以碳陶坩埚为基体，先在其孔隙和表面(内表面和外表面)沉积Si₃N₄涂层，然后再沉积BN涂层制得，本发明仅需采用单一坩埚生产单晶硅，通过碳陶坩埚基体、Si₃N₄涂层和BN涂层三者的协同作用，极大的提升了坩埚的高温稳定性能和抗硅蚀能力，同时坩埚表面对硅的润湿性差，避免了生产单晶硅后的硅晶粘锅难以清理，既延长了坩埚的使用寿命，又减少了坩埚更换频次和提升了单晶硅生产效率。

技术领域

本发明属于单晶硅拉制炉用热场工装/部件技术领域，具体涉及一种含Si₃N₄和BN复合涂层的碳陶复合材料坩埚及其制备方法。

背景技术

目前，在生产单晶硅中使用最多的方法是直拉法：即单晶硅炉拉制单晶硅棒，盛装多晶硅的石英坩埚安放在炭炭复合材料坩埚内。但使用该方法生产时，单晶硅炉内温度高达1500℃，盛放多晶硅的石英坩埚在该温度下将出现软化问题，往往在使用400-500小时后就需要更换，更换过程中由于石英坩埚往往与炭炭复合材料坩埚牢牢地粘在一起，取出时非常费力，大大影响了生产效率和提升了生产成本，同时由于生产石英坩埚的原材料高纯石英砂相对紧缺，在未来面对日益火热新能源市场，石英坩埚的供给也将有可能面临问题；同时拖放石英坩埚的炭炭复合材料坩埚在高温下硅蒸汽等将会与之反应，发生侵蚀，随着使用时间的延长，侵蚀加剧，也需定期更换炭炭复合材料坩埚。

因此，解决石英坩埚和炭炭坩埚所存在的问题是单晶硅生产过程中降低成本、解决坩埚需求、减少生产作业流程的关键所在。

发明内容

针对现有单晶硅生产过程中石英坩埚和炭炭坩埚使用时存在的技术问题，本发明的目的在于提供了一种取代石英坩埚和炭炭复合材料坩埚的含Si₃N₄和BN 复合涂层的碳陶复合材料坩埚及其制备方法，以碳陶坩埚为基体，先在其孔隙和表面(内表面和外表面)沉积Si₃N₄涂层，然后再沉积BN涂层制得，本发明仅需采用单一坩埚生产单晶硅，通过碳陶坩埚基体、Si₃N₄涂层和BN涂层三者的协同作用，极大的提升了坩埚的高温稳定性能和抗硅蚀能力，同时坩埚表面对硅的润湿性差，避免了生产单晶硅后的硅晶粘锅难以清理，既延长了坩埚的使用寿命，又减少了坩埚更换频次和提升了单晶硅生产效率。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种含Si₃N₄和BN复合涂层的碳陶复合材料坩埚，由碳陶坩埚基体依次沉积Si₃N₄涂层、BN涂层制得。

作为优选，所述碳陶坩埚基体密度为2.15-2.35g/cm³，开孔率为4-6％，残余硅含量不高于0.5wt％。

本发明的碳陶坩埚基体的室温抗压强度大于300MPa、抗弯强度大于 200MPa、层间间接强度大于18MPa、抗拉强度大于90MPa，同时在高温工况下，能够在工况1600℃下受载而不变形；开孔率为4-6％，为后续基体涂层的沉积提供了极强的吸附能力，使涂层由内而外生长产生连续均匀且具有一定强度的沉积涂层；而残余硅含量不高于0.5wt％，避免了硅对坩埚基体内部的破坏，包括侵蚀及微裂纹的产生。

作为优选，所述Si₃N₄涂层的厚度为50-100μm，BN涂层的厚度为10-40μm。