一种碳化钽涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种碳化钽涂层及其制备方法，具体涉及材料制备领域。该碳化涂层的制备方法包括如下步骤：提供一碳基体；对所述碳基体表面进行活化处理；在经活化处理后的碳基体的表面均匀设置一层填充剂；将有机钽沉积于放置有所述填充剂的碳基体表面；对沉积有机钽的碳基体进行热处理，在所述碳基体的表面形成一层碳化钽涂层。本发明专利技术制备的碳化钽涂层的致密性、硬度、耐腐良好，且碳化钽涂层与碳基体的结合性良好，适用于碳化硅晶体的生长。适用于碳化硅晶体的生长。适用于碳化硅晶体的生长。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化钽涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料制备领域，具体涉及一种碳化钽涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]以石墨、碳纤维、碳/碳(C/C)复合材料为代表的碳基材料由于其高比强度和比模量，良好的抗热震和抗腐蚀性能，被广泛应用于航空航天、化工、能源存储等领域。随着应用领域的深入和扩展，碳基材料应用环境日益苛刻，普遍存在高温有氧环境下易氧化和不耐氨气、耐划性能较差等缺点，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。通过将超高温陶瓷作为涂层涂覆到碳基体材料表面，可以使得碳基体材料具有高弹性模量、高硬度和良好抗热震和抗氧化、耐烧蚀等优异性能。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。
[0003]碳化硅晶体生长作为碳基材料应用领域，在晶体生长过程中，气氛中的气相硅会对石墨坩埚产生严重腐蚀，导致石墨件使用寿命减少。碳化钽(TaC)陶瓷熔点高达3880℃，具有高硬度(莫氏硬度9～10)、较大的导热系数(22W
·
m
‑1·
K
‑1)以及较小的热膨胀系数(6.6
×
10
‑6K
‑1)，展现出优良的热化学稳定性和优异的物理性能，与石墨及C/C复合材料具有良好的化学相容性和力学相容性，因此碳化钽涂层被广泛应用于航空航天热防护、单晶生长、能源电子，以及医疗器械等领域。碳化钽涂层石墨比裸石墨或碳化硅(SiC)涂层石墨具有良好的耐化学腐蚀性能，适用于物理气相传输法(physical vapor transportmethod，PVT)设备生长SiC单晶和金属有机化合物化学气相沉淀(Metal
‑
organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)设备生长氮化镓(GaN)或氮化铝(AlN)单晶，使得所生长单晶的质量显著提高。

技术实现思路

[0004]鉴于以上现有技术的缺点，本专利技术提供一种碳化钽涂层及其制备方法，以改善碳化硅晶体生长过程中原料对石墨坩埚腐蚀的问题。
[0005]为实现上述目的及其它相关目的，本专利技术提供一种碳化钽涂层的制备方法，包括如下步骤：提供一碳基体；对所述碳基体表面进行活化处理；在经活化处理后的碳基体的表面均匀设置一层填充剂；将有机钽沉积于放置有所述填充剂的碳基体表面；对沉积有机钽的碳基体进行热处理，在所述碳基体的表面形成一层碳化钽涂层。
[0006]在本专利技术一示例中，所述活化处理包括化学活化或物理活化中的任意一种。
[0007]在本专利技术一示例中，所述填充剂包括金属微球或硅颗粒中的任意一种或两种组合。
[0008]在本专利技术一示例中，所述金属微球包括金微球、银微球、铜微球、铁微球、钽微球、钨微球中的任意一种或多种。
[0009]在本专利技术一示例中，所述填充剂与所述有机钽的重量比为1:3～1:5。
[0010]在本专利技术一示例中，所述填充剂使用前要进行表面处理，所述表面处理包括水蒸
气处理、低温空气氧化处理、电子辐照处理、镀膜处理。
[0011]在本专利技术一示例中，所述有机钽包括乙醇钽、五甲基氧基钽、异丙醇钽、丁醇钽、戊醇钽中的任意一种或多种。
[0012]在本专利技术一示例中，将沉积有机钽的碳基体进行热处理包括第一阶段热处理、第二阶段热处理和第三阶段热处理，所述第一阶段热处理的温度为350～550℃，保温5～10h；所述第二阶段热处理的温度为温度850～1100℃，保温3～6h；所述第三阶段热处理的温度为所述填充剂的熔点，保温5～10h。
[0013]本专利技术还提供一种碳化钽涂层，根据上述的碳化钽涂层的制备方法制得。
[0014]在本专利技术一示例中，所述碳化钽涂层的厚度为20～200μm。
[0015]本专利技术在碳基体的表面均匀设置一层填充剂，将有机钽沉积于放置有填充剂的碳基体表面，随着温度升高，有机钽受热分解形成碳化钽，分解过程中会产生气体，在碳化钽的表层形成气孔，利用填充剂高温受热后软化具有延展性的特点，对碳化钽的表层气孔进行填充，从而在碳基体的表面形成致密的碳化钽涂层。本专利技术制备的碳化钽涂层的致密性、硬度、耐腐蚀良好，且碳化钽涂层与碳基体的结合性良好，适用于碳化硅晶体的生长。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为：本专利技术的碳化钽涂层的制备流程图；
[0018]图2为：本专利技术的碳化钽涂层制备过程的结构示意图。
[0019]元件标号说明
[0020]100、有机钽；200、填充剂；300、碳基体表层；400、碳基体。
具体实施方式
[0021]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其它优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本专利技术实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本专利技术的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
[0022]须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。
[0023]请参阅图1和图2，本专利技术提供一种碳化钽涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0024]S1、提供一碳基体；
[0025]S2、对所述碳基体表面进行活化处理；
[0026]S3、在经活化处理后的碳基体的表面均匀设置一层填充剂；
[0027]S4、将有机钽沉积于放置有所述填充剂的碳基体表面；
[0028]S5、对沉积有机钽的碳基体进行热处理，在所述碳基体的表面形成一层碳化钽涂层。
[0029]步骤S1中，碳基体包括石墨、碳纤维、碳/碳复合材料中的任意一种。本专利技术中碳基体选用石墨。
[0030]步骤S2中，碳基体使用前要进行活化处理，以在碳基体的表面形成大量微孔，从而增加碳基体的表面积。本专利技术的活化处理包括化学活化或物理活化中的任意一种。
[0031]化学活化是指利用活化剂对碳基体的表面进行刻蚀，使得碳基体的表面形成多孔结构。作为示例，活化剂可以选择为KOH或NaOH，优选为KOH作为活化剂，KOH与其它活化剂相比，由于钾原子的半径较小，同时电负性也较小，因此活化作用较好，用KOH活化的碳基体空隙分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化钽涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供一碳基体；对所述碳基体表面进行活化处理；在经活化处理后的碳基体的表面均匀设置一层填充剂；将有机钽沉积于放置有所述填充剂的碳基体表面；对沉积有机钽的碳基体进行热处理，在所述碳基体的表面形成一层碳化钽涂层。2.根据权利要求1所述的碳化钽涂层的制备方法，其特征在于，所述活化处理包括化学活化或物理活化中的任意一种。3.根据权利要求1所述的碳化钽涂层的制备方法，其特征在于，所述填充剂包括金属微球或硅颗粒中的任意一种或者两种组合。4.根据权利要求3所述的碳化钽涂层的制备方法，其特征在于，所述金属微球包括金微球、银微球、铜微球、铁微球、钽微球、钨微球中的任意一种或多种。5.根据权利要求1所述的碳化钽涂层的制备方法，其特征在于，所述填充剂与所述有机钽的重量比为1:3～1:5。6.根据权利要求1所述的碳化钽涂层的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈豆，马远，程丹妃，李坚，潘尧波，
申请(专利权)人：中电化合物半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：