一种碳基复合材料/石英复合坩埚制造技术

本发明专利技术属于单晶热场工装/部件技术领域，具体涉及一种碳基复合材料/石英复合坩埚。所述坩埚由内层、中间层、外层构成，所述内层的材质为高致密的碳基复合材料，中间层的材质为二氧化硅材质、外层为碳基复合材料。本发明专利技术各层之间可以是可分离式结构设计，也可以是一体式结构设计。本发明专利技术能大大提高单晶硅拉制过程中坩埚使用寿命，节省出更换石英坩埚的时间，降低石英坩埚的更换成本，降低硅熔体的渗漏风险，提升单晶硅的品质，并且提高单晶硅拉制过程的安全性。程的安全性。程的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种碳基复合材料/石英复合坩埚


[0001]本专利技术属于单晶热场工装/部件
，具体涉及一种碳基复合材料/石英复合坩埚。

技术介绍

[0002]目前的单晶硅拉制炉在进行拉制单晶硅的过程中，都是将硅料置于石英坩埚内，然后再将石英坩埚套于碳碳复合材料坩埚或石墨坩埚中。石英坩埚在拉晶使用过程中存在以下几个问题：首先，单晶硅拉制炉的生产环境，硅将与石英反应形成SiO，消耗石英坩埚，使硅熔体和单晶硅中氧含量偏高(12ppm左右)，导致单晶硅片中氧沉淀降低太阳能转化效率；其次，在拉晶工况下石英易发生晶化开裂；再次，碳碳坩埚与石英坩埚热膨胀系数不匹配，拉晶停炉后碳碳坩埚与石英坩埚粘附紧密，分离碳碳坩埚重复使用需敲碎石英坩埚，敲击过程易对碳碳坩埚造成损伤；最后生产拉晶用石英坩埚的高纯石英砂紧缺且成本高，且人工合成用于生产石英坩埚的原料成本又太高，致使单晶硅生产过程中作为耗材的石英坩埚的使用成本高，而且使用寿命也有待提高，在专利CN115896928A中就介绍了：一种坩埚，包括坩埚和提拉装置，所述坩埚外表面开设有凹槽，所述凹槽自所述坩埚顶面的第一位置向所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳基复合材料/石英复合坩埚，其特征在于：其由内层、中间层、外层构成，所述内层的材质为高致密的碳基复合材料，中间层的材质为二氧化硅材质、外层为碳基复合材料；所述高致密碳基复合材料选自碳陶复合材料、带有SiC涂层的碳碳复合材料，带有SiC涂层的石墨材料中的一种，其孔隙率小于5％、优选为小于等于3％，外层碳基复合材料选自碳碳复合材料、碳陶复合材料、石墨中的一种。2.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料/石英复合坩埚，其特征在于：当内层的材质为带有SiC涂层的碳碳复合材料或带有SiC涂层的石墨材料时，SiC涂层构成碳基复合材料/石英复合坩埚的内表面。3.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料/石英复合坩埚，其特征在于：内层厚度控制在3～35mm之间，优选8～20mm，内层所构成的区域作为容纳硅料的容器。4.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料/石英复合坩埚，其特征在于：中间层为石英，厚度控制在1～20mm之间，优选5～10mm，作为密封层阻止内层渗漏硅的外溢。5.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料/石英复合坩埚，其特征在于：外层厚度控制在1～35mm，优选8～15mm，作为石英层的保护层。6.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料/石英复合坩埚，其特征在于：各层之间可以是可分离式结构设计，也可以是一体式结构设计；可分离结构的复合方式是：先将所有复合层制备至所需状态，然后将三者套装制得；也可以先将碳基复合材料外层及高致密碳基复合材料内层制备出来，再以碳基外层为模具，采用电弧法等制备石英层，最后将其与内层高致密碳基层装配制得；一体式结构复合方式是：将内层高致密碳基复合材料层和外层碳基复合材料层制备出来，装配预留好一定宽度的间隙，而后在间隙中制备石英层，该石英层可以采用浇筑工艺、注模、或者填充石英粉熔融工艺制备。7.根据权利要求6所述的一种碳基复合材料/石英复合坩埚，其特征在于：所述为分离式方案，内层为高致密碳陶层，壁厚为10mm，其制备工艺如下：首先制备碳纤维预制体，可选用T300级碳纤维，将碳布和网胎间隔叠层，采用针刺方法成形，预制体密度为0.45g/cm3；其次，以天然气为碳源在1000℃下进行预制体增碳制得密度为1.6g/cm3低密度碳碳复合材料；然后，在真空高温炉内充入氨气，2100℃保温15h，进行坯...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金伟，肖鹏，
申请(专利权)人：湖南世鑫新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：