[发明专利]一种碳基体的涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明提出了一种碳基体的涂层及其制备方法与应用，所述制备方法，至少包括以下步骤：将水凝胶和有机硅烷混合，形成混合物；将所述混合物涂敷于所述碳基体的表面，形成第一涂层；将有机钽溶液涂敷于所述第一涂层上，形成第二涂层，且所述第二涂层与所述第一涂层形成复合涂层；以及将所述复合涂层加热并退火处理，形成所述碳基体的涂层。本发明提供的一种碳基体的涂层及其制备方法与应用，能有效改善碳化硅晶体生长过程中原料对石墨坩埚的腐蚀。

技术领域

本发明属于薄膜制备领域，具体涉及一种碳基体的涂层及其制备方法与应用。

背景技术

碳基材料具有卓越的耐温性能、优异的结构强度、良好的导热性、化学性能和尺寸稳定性等，在众多领域应用广泛。随着应用领域的不断拓展，应用部件性能要求的不断提升，碳基材料的工作环境日益苛刻，碳基材料面临高温氧化烧蚀、固体粒子冲刷、化学腐蚀和熔盐侵蚀等问题。

且在碳化硅晶体生长的应用场景中，在高温下原料对石墨坩埚、石墨支撑件等有明显的腐蚀作用，因而无法直接用于晶体生长。因此开发具有高熔点、优良抗氧化烧蚀、耐化学腐蚀性能更强的陶瓷涂层十分关键。

发明内容

本发明提出了一种碳基体的涂层及其制备方法与应用，能有效改善碳化硅晶体生长过程中原料对石墨坩埚的腐蚀，采用复合涂层有效改善因碳化钽和碳基体膨胀系数差异过大引起的热失配问题，防止使用过程中涂层剥落，提高涂层附着性。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下的技术方案实现的：

本发明提出一种碳基体的涂层的制备方法，至少包括以下步骤：

将水凝胶和有机硅烷混合，形成混合物；

将所述混合物涂敷于所述碳基体的表面，形成第一涂层；

将有机钽溶液涂敷于所述第一涂层上，形成第二涂层，且所述第二涂层与所述第一涂层形成复合涂层；以及

将所述复合涂层加热并退火处理，形成所述碳基体的涂层。

在本发明一实施例中，所述水凝胶为石墨烯水凝胶、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚N-聚代丙烯酰胺和壳聚糖中的任意一种。

在本发明一实施例中，所述有机硅烷为聚硅烷、聚硅氧烷和聚碳硅烷中的任意一种或几种的混合物。

在本发明一实施例中，所述有机钽为乙醇钽、五甲基氧基钽、异丙醇钽、丁醇钽或戊醇钽中的任意一种。

在本发明一实施例中，所述加热步骤包括，将所述复合涂层放入炉腔内，进行阶段式升温加热。

在本发明一实施例中，所述加热步骤包括将所述炉腔内的温度升温加热至280-320℃，所述水凝胶、所述有机硅烷和所述有机钽裂解挥发。

在本发明一实施例中，所述加热步骤包括将所述炉腔内的温度升温加热至1100-1300℃，以使硅碳成键，形成β-碳化硅。

在本发明一实施例中，所述加热步骤包括将所述炉腔内的温度升温加热至1750-1850℃，所述第二涂层晶粒长大，填补气体挥发产生的缝隙。

基于所述制备方法，本发明还提出一种碳基体的涂层，至少包括：

第一涂层，涂敷于所述碳基体的表面，且所述第一涂层为水凝胶和有机硅烷的混合物；以及

第二涂层，涂敷于所述第一涂层上，且与所述第一涂层形成复合涂层，所述第二涂层包括有机钽溶液。

本发明还提出一种坩埚，所述坩埚表面设置有所述碳基体的涂层。