石墨基材的碳化硅涂布方法技术

本发明专利技术涉及石墨基材的碳化硅涂布方法。本发明专利技术涉及一种能够在石墨材料的基材上利用结构更加简单的装置以及安全性更加优秀的原料通过单纯的工程更加经济地形成碳化硅涂层的碳化硅涂布方法，尤其涉及一种在将用于形成涂层的石墨基材与固态硅投入到真空腔室中之后以1,200～2,000℃进行热处理的石墨基材的碳化硅涂布方法。

Coating method of silicon carbide on graphite substrate

【技术实现步骤摘要】
石墨基材的碳化硅涂布方法
本专利技术涉及一种能够在石墨材料的基材上利用结构更加简单的装置以及安全性更加优秀的原料通过单纯的工程更加经济地形成碳化硅涂层的碳化硅涂布方法。
技术介绍
因为碳化硅(SiC)具有优秀的耐化学性、耐氧化性、耐热性以及耐磨性，因此能够通过将其涂布在如金属、陶瓷或石墨等材料的表面而提升材料的物性。如上所述的碳化硅涂层被广泛适用于如强化复合材料、宇宙航空新材料、高温反映材料以及半导体制造工程用工具等多种领域。例如，在半导体的制造工程中，加工对象即晶片将被用于在移动和堆放等过程中为晶片提供支撑的支撑装置(susceptor)支撑，并在上述状态下利用等离子体或各种化学物质执行蚀刻工程或蒸镀工程等。因此，为了提升工程的收率，要求如上所述的支撑装置具有良好的耐化学性。在现有的支撑装置中，作为基材主要使用石墨(graphite)材质的支撑体。但是当直接使用石墨支撑体本身时，可能会因为在使用过程中产生的微粒而导致杂质扩散到晶片中的问题，因此需要在支撑体上形成碳化硅涂层。碳化硅涂层能够通过如含浸法或化学气相沉积法(CVD)等沉积方法形成。含浸法是通过将基材浸渍到碳化硅前驱体溶液中并其进行加压而使前驱体溶液渗透到基材表面的内部之后再对其进行热处理的方法实施。但是，含浸法只能在基材具有多孔性特性的情况下使用，但是因为通过含浸法形成的碳化硅层的耐久性通常较低，因此还需要额外通过气相沉积法追加形成强化层。化学气相沉积法(CVD)是通过向堆放有基材的真空腔室内部供应气体状态的硅以及碳的供应源而使其发生反应，并借此形成碳化硅涂层。作为硅以及碳的供应源，能够使用如CH3SiCl3、(CH3)2SiCl2、(CH3)3SiCl以及SiCl4等。具体来讲，利用如氢气等搬运气体使上述液态的供应源起泡并借此实现气化，接下来将气化的供应源与搬运气体的混合物供应到真空腔室，此时不仅需要配备多个用于对其供应比率、流量、流体的温度以及压力等进行测定和控制的单独的附属装置，还会因为供应源自身所具有的毒性而导致处理非常棘手的问题。此外，因为所生成的反应结果副产物即HCl是具有毒性的强酸类物质，因此还需要配备用于对HCl进行处理的如洗涤器等单独的装置，而且从长远的角度看来还有可能会导致如装置的腐蚀以及空气的污染等危害现象。而且，因为基材与碳化硅层的热膨胀系数不同，因此在反复使用时可能会造成裂纹或针孔的发生并因此导致其耐久性的下降。而当基材为碳时，能够适用通过单纯地供应气体状态的Si的供应源而使其被吸附在基板表面的碳表面发生反应并借此形成碳化硅涂层的化学气相反应法(CVR)。因为化学气相反应法(CVR)是在基材的表面吸附形成碳化硅层，因此与会导致外形尺寸变化的化学气相沉积法(CVD)不同，采用吸附在基材表面上的Si渗透到内部发生反应并借此形成碳化硅涂层的方式，从而具有外形尺寸几乎不会发生变化且耐久性较高的优点。作为Si的供应源，能够使用如SiH4、SiH3Cl、SiH2Cl2、SiHCl3以及SiCl4等。在化学气相反应法(CVR)所使用的Si的供应源中，因为SiH4属于在空气中无外部火源的情况下也可能自然起火的极易燃性高压气体，因此其处理非常困难，而其他供应源则具有作为副产物生成HCl或Cl2的问题。硅在常温以及大气压条件下能够维持固体状态，但是当温度上升到1414℃时将转换成液体，而在高温状态下压力下降时将转换成气体并发生爆炸。因此，如果能够将固体状态的硅作为Si的供应源进行使用并均匀地供应Si气体，将有望通过更加简单的工程以更加安全且环保的方式形成碳化硅涂层。先行技术文献专利文献(专利文献1)公开专利第10-2010-0049996号(专利文献2)公开专利第10-2013-0074704号(专利文献3)公开专利第10-2015-0122892号(专利文献4)公开专利第10-2016-0120403号
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够在石墨材料的基材上利用结构更加简单的装置以及安全性更加优秀的原料通过单纯的工程更加经济地形成碳化硅涂层的碳化硅涂布方法。为了达成上述目的，本专利技术涉及一种石墨基材的碳化硅涂布方法，其特征在于：在将用于形成涂层的石墨基材与固态硅投入到真空腔室中之后以1,200～2,000℃进行热处理。上述固态硅的特征在于：被堆放在利用多孔性材料构成的载体上部且上述载体位于利用在上述涂布温度下稳定的材料构成的容器内部；较佳地，上述固态硅以含载到载体中的状态堆放且上述载体利用在上述涂布温度下稳定的多孔性材料构成为宜。上述固态硅能够在被熔融成硅粉末或粒子或碎块(chunk)形态之后含载到利用多孔性材料构成的载体中。上述利用多孔性材料构成的载体能够是石墨、碳化铝或碳化硅，上述载体中的孔隙的直径能够是0.05～1mm且载体的孔隙率能够是10～60％。如上所述，因为在适用本专利技术的石墨基材的碳化硅涂布方法中不需要将极易燃、有毒或在反应过程生成有毒副产物的物质作为原料物质进行使用，因此不仅能够提升作业时的安全性，还能够通过更加环保的方式在石墨基材上形成碳化硅涂层。此外，本专利技术能够在将基材和硅投入到真空腔室内部之后通过单纯的热处理方式在石墨基材上形成碳化硅涂层，因此能够使用结构简单的装置并借此减少可变因素，而且因为单纯的工程具有优秀的再现性，所以能够更加经济地生成碳化硅涂层。此外，因为通过适用本专利技术的方法形成的碳化硅涂层是采用硅渗透到石墨内部发生反应并借此形成碳化硅涂层的方式，因此与在基材的表面形成碳化硅涂层的沉积法相比，外形尺寸几乎不会发生变化且耐久性较高。附图说明图1是对适用本专利技术的碳化硅涂层的形成过程进行图示的模式图。图2是在适用本专利技术的碳化硅涂层的形成过程中所使用的装置的照片。图3是对适用本专利技术的含载到载体中的硅发生气化的机制进行图示的示意图。图4是适用本专利技术的碳化硅涂层的X射线衍射(XRD)图谱图5是在适用本专利技术的碳化硅涂层的扫描电子显微镜(SEM)截面照片。具体实施方式接下来，将结合附图以及实施例对本专利技术进行更加详细的说明。但是，下述附图以及实施例只是用于对本专利技术的技术思想的内容以及范围进行说明的示例性内容，本专利技术的技术范围并不因此而受到限定或发生变更。相关从业人员能够以下述示例性内容为基础在本专利技术的技术思想的范围内执行各种变形或变更。如上所述，本专利技术涉及一种石墨基材的碳化硅涂布方法，其特征在于：在将用于形成涂层的石墨基材与固态硅(Si)投入到真空腔室中之后以1,200～2,000℃进行热处理。硅在常温下的熔点为1414℃、沸点为3265℃，而在压力降低时沸点将大幅降低且熔点也将小幅降低，但是熔点的下降幅度小于沸点。因此，在真空状态下以上述温度进行热处理时，固态硅将在经过液体状态之后蒸发成气体并在吸附到基材的表面之后再渗透到其内部，从而与石墨发生反应并形成碳化硅涂层。图1是对适用本专利技术的碳化硅涂层的形成过程进行图示的模式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨基材的碳化硅涂布方法，其特征在于：/n在将用于形成涂层的石墨基材与固态硅投入到真空腔室中之后以1,200～2,000℃进行热处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨基材的碳化硅涂布方法，其特征在于：
在将用于形成涂层的石墨基材与固态硅投入到真空腔室中之后以1,200～2,000℃进行热处理。


2.根据权利要求1所述的石墨基材的碳化硅涂布方法，其特征在于：
上述固态硅被含载到多孔性材料的空隙内部。


3.根据权利要求1所述的石墨基材的碳化硅涂布方法，其特征在于：
上述固态硅，
被堆放在利用多孔性材料构成的载体上部且上述载体位于利用在上述涂布温度下稳定的材料构成的容器内部。


4.根据权利要求3所述的石墨基材的碳化硅涂布方法，其特征在于：
上述硅以粉末或粒子或碎块状态堆放。

【专利技术属性】
技术研发人员：金锡津，
申请(专利权)人：卡博尼克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR