用于工业硅生产的锭模涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了用于工业硅生产的锭模涂层及其制备方法，由以下重量份的原料组成：碳化硅50份，氮化硅25～30份，硅酸钙10～12份，膨润土15～20份，三聚磷酸钠8～10份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺3～5份，粘接剂6～8份，石墨粉1～2份，溶剂20～30份。本发明专利技术专用于以多晶硅为原料制作而成的工业硅成型模具中，解决了现有技术中没有能够与多晶硅模具相匹配的涂料的问题，能够保证多晶硅模具维持自身传热快、不污染的优势；摒弃了传统模具涂料以碳或含碳有机物作为涂料主剂的方式，以硅基主剂来配合工业硅生产所用的多晶硅模具，碳化硅和氮化硅能够确保不会对硅料成型造成杂质污染，同时也与多晶硅具有极好的适配性，确保了在多晶硅不会污染工业硅的同时，涂料也不会污染工业硅。

Ingot Mould Coating for Industrial Silicon Production and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
用于工业硅生产的锭模涂层及其制备方法
本专利技术涉及工业硅领域，具体涉及用于工业硅生产的锭模涂层及其制备方法。
技术介绍
工业硅又称金属硅，其主要用途是作为非铁基合金的添加剂。金属硅是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品，主成分硅元素的含量在98％左右(近年来，含Si量99.99％的也包含在金属硅内)，其余杂质为铁、铝、钙等。硅大量用于冶炼成硅铁合金作钢铁工业中合金元素，在很多种金属冶炼中作还原剂。硅还是铝合金中的良好组元，绝大多数铸造铝合金都含有硅。硅是电子工业超纯硅的原料，超纯半导体单晶硅做的电子器件具有体积小、重量轻、可靠性好和寿命长等优点。掺有特定微量杂质的硅单晶制成的大功率晶体管、整流器及太阳能电池，比用锗单晶制成的好。非晶硅太阳能电池研究进展很快，转换率达到了8％以上。硅钼棒电热元件最高使用温度可达1700℃，具有电阻不易老化和良好的抗氧化性能。用硅生产的三氯氢硅，可配制几百种硅树脂润滑剂和防水化合物等。此外，碳化硅可作磨料，高纯氧化硅制作的石英管是高纯金属冶炼及照明灯具的重要材料。今天的电子计算机，由于技术的进步和材质的改善，在一个指甲盖大小的硅片上，可以容纳上万个晶体管；并且有输入、输出、运算、存储和控制信息等一系列功能。微孔硅钙保温材料微孔硅钙保温材料是一种优良的保温材料。它具有热容量小、机械强度高、导热系数低、不燃烧、无毒无味、可切割、运输方便等特点，可广泛用于冶金、电力、化工、船舶等各种热力设备及管道上；因此，工业硅在我们的日常生活中极为重要。工业硅一般制作成硅锭进行储存转运与使用，硅锭在锭模内成型。传统的脱模过程中，常因为硅锭成型后与模具内壁摩擦过大，导致成型硅锭不易取出。为此，申请人专门研发了由多晶硅制作而成的工业硅成型模具的结构，并与本申请同日递交。但是，现有技术中还没有能够与多晶硅模具相匹配的涂料存在，若使用传统的模具内层涂料，虽然也能够正常使用，但是会导致多晶硅模具传热快、不污染的优势荡然无存，使得多晶硅模具的使用价值也打上折扣。因此，有必要针对工业硅成型用的多晶硅模具专门研究相匹配的内层涂料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供用于工业硅生产的锭模涂层及其制备方法，以解决现有技术中没有能够与多晶硅模具相匹配的涂料的问题，实现能够与多晶硅模具相配合，确保多晶硅模具能够在工业硅成型过程中充分发挥自身优势的目的。本专利技术通过下述技术方案实现：用于工业硅生产的锭模涂层，由以下重量份的原料组成：碳化硅50份，氮化硅25～30份，硅酸钙10～12份，膨润土15～20份，三聚磷酸钠8～10份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺3～5份，粘接剂6～8份，石墨粉1～2份，溶剂20～30份。现有技术中没有能够与多晶硅模具相匹配的涂料，若使用传统的模具内层涂料，虽然也能够正常使用，但是会导致多晶硅模具传热快、不污染的优势荡然无存。因此本专利技术提出用于工业硅生产的锭模涂层，本涂层专用于以多晶硅为原料制作而成的工业硅成型模具中，能够保证多晶硅模具维持自身传热快、不污染的优势，从而改善硅锭成型质量。具体的，本专利技术按照以下重量配比组成：碳化硅50份，氮化硅25～30份，硅酸钙10～12份，膨润土15～20份，三聚磷酸钠8～10份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺3～5份，粘接剂6～8份，石墨粉1～2份，溶剂20～30份。碳化硅和氮化硅共同组成模具涂层的硅基主剂，摒弃了传统模具涂料以碳或含碳有机物作为涂料主剂的方式，以硅基主剂来配合工业硅生产所用的多晶硅模具，碳化硅和氮化硅能够确保不会对硅料成型造成杂质污染，同时也与多晶硅具有极好的适配性，确保了在多晶硅不会污染工业硅的同时，涂料也不会污染工业硅。碳化硅在本专利技术中用量最多，首先其耐磨性能好，在通过各种工具进行脱模操作时也不会轻易被破损，因此以碳化硅作为用量最多的主剂，为本专利技术中的涂层保证了不会轻易在脱模过程中受到成型硅锭的磨损的优点。其次，碳化硅耐高温、导热性能良好，能够保证在高温成型过程中的性质稳定，且解决了传统涂层导热性能较差而导致单晶硅模具的高导热系数没有用武之地的缺陷，能够确保硅料成型过程中通过单晶硅模具进行快速的散热冷却，不会对单晶硅模具内外的热量交换形成阻隔面。氮化硅除了与碳化硅一样具有极好的耐磨性、能够进一步减轻脱模过程中对涂层的磨损，还能够抵抗快速变换的冷热冲击，用于本申请中能够显著提高涂层的抗裂性。具体的，在硅锭成型浇筑过程中，高温的液态硅料进入模具中，涂层所处的环境温度会急剧攀升、之后又快速冷却降温，这种短时间内温度的剧烈变化容易导致成膜状的碳化硅材料产生肉眼不可见的微小龟裂，长此以往导致涂料使用寿命较短；本申请中加入比重较大的氮化硅作为原料，就是为了克服这一技术问题，充分利用氮化硅超硬且抗冷热冲击的性质确保涂层整体能够承受短期内温度的急剧变化，本专利技术在添加氮化硅后单晶硅模具内壁涂层再无龟裂细纹出现；此外，氮化硅还具有与单晶硅、碳化硅的材质相匹配的优点，为本专利技术实现以硅基作为涂层主料能够起到显著的强化作用。硅酸钙作为强度增强材料在本专利技术中进行添加，相较于其余传统的强度增强填料而言，硅酸钙用于本专利技术中依然能够为本专利技术实现以硅基作为涂层主料起到强化作用，并利用其硅酸盐的本身性质，进一步克服了传统涂料中强度增强材料与硅基无关、会对工业硅成型造成污染的缺陷。膨润土在涂料中作为增稠剂和分散剂使用。三聚磷酸钠除了能够起到分散剂的作用外，还用于对膨润土内的金属阳离子进行络合形成可溶性络合物，这些可溶性络合物既解决了这类为数不多的金属阳离子对工业硅成型的轻微污染的问题，又维持了涂料整体的湿度，保持水分含量稳定；因此本专利技术中三聚磷酸钠是与膨润土相互配合共同作用的。此外，本专利技术中还包含丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺，丙烯酰胺、聚丙稀铣胺在本专利技术中作为增粘剂使用，提高涂料的黏度，同时丙烯酰胺在高温下也会自发的聚合成聚丙稀铣胺，聚丙稀铣胺具有优良的絮凝能力，能够显著降低自由水的含量，因此，本专利技术通过丙烯酰胺、聚丙稀铣胺和三聚磷酸钠的共同作用，实现对涂层内部含水量的稳定锁止，避免涂层干褶、避免自由水的浸润，显著提高涂层的水稳定性和使用寿命。粘接剂起到对各种原料的粘接作用，使得本专利技术在用量出现差错、黏度不足时也能够直接进行涂覆；并且便于本专利技术在单晶硅模具内壁上的涂覆。本专利技术中还含有微量的石墨粉，与传统的模具涂层通过大量石墨或炭黑等材料作为碳基主剂不同，本专利技术中石墨粉含量极低，因此显然不是作为主剂进行使用，而是通过添加微量的石墨粉，利用石墨的润滑性，改善本专利技术的整体流态，使得本专利技术便于涂抹。所述粘接剂为硅溶胶和硅酸钠的混合物。硅溶胶为纳米级二氧化硅的分散物，它具有一定量成膜溶解的特性，其耐水性、耐热性能明显优于有机涂料，且对混合涂料类的各种颗粒能够提供较强的粘接性。硅酸钠的使用可以提高涂层的密实度、强度、抗渗性。使用硅溶胶和硅酸钠的混合物共同组成本专利技术中的粘接剂，除了提供优良的粘接能力以外，对于消除涂层内部微孔、改善涂层的整体致密性也有显著的效果。所述粘接剂的组分中，硅溶胶:硅酸钠＝7:3。此处的比例为重量配比，粘接剂中，按重量配比来看，硅溶胶占七成，硅酸钠占三成。此组分配比能够使得本专利技术中的涂层在单晶硅模具的内壁具有最相适应的粘接能力，相比单独使用硅溶胶而言，涂层密实度有显著提高。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于工业硅生产的锭模涂层，其特征在于，由以下重量份的原料组成：碳化硅50份，氮化硅25～30份，硅酸钙10～12份，膨润土15～20份，三聚磷酸钠8～10份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺3～5份，粘接剂6～8份，石墨粉1～2份，溶剂20～30份。

【技术特征摘要】
1.用于工业硅生产的锭模涂层，其特征在于，由以下重量份的原料组成：碳化硅50份，氮化硅25～30份，硅酸钙10～12份，膨润土15～20份，三聚磷酸钠8～10份，丙烯酰胺和/或聚丙稀铣胺3～5份，粘接剂6～8份，石墨粉1～2份，溶剂20～30份。2.根据权利要求1所述的用于工业硅生产的锭模涂层，其特征在于，所述粘接剂为硅溶胶和硅酸钠的混合物。3.根据权利要求2所述的用于工业硅生产的锭模涂层，其特征在于，所述粘接剂的组分中，硅溶胶:硅酸钠＝7:3。4.根据权利要求1所述的用于工业硅生产的锭模涂层，其特征在于，所述碳化硅由α相碳化硅和β相碳化硅组成。5.根据权利要求4所述的用于工业硅生产的锭模涂层，其特征在于，所述碳化硅的组分中，α相碳化硅:β相碳化硅＝1:1。6.根据权利要求1所述的用于工业硅生产的锭模涂层，其特征在于，所述氮化硅中80％为γ相氮化硅，其余20％为α相氮化硅和/或β相氮化硅。7.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：羊实，周旭，
申请(专利权)人：新疆泰宇达环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65