【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳化硅粉制造，特别是涉及一种用于合成碳化硅粉料的坩埚及其制备方法、合成装置。
技术介绍
1、碳化硅是第三代宽带隙半导体材料，其禁带宽度大、热导率高、载流子饱和迁移速度高、临界击穿电场强度高并具有极好的化学稳定性，在高温、高频率、大功率、高电压、强辐射等苛刻条件下，使用碳化硅制造的器件有优越的性能及稳定性。
2、碳化硅晶体制造行业中，原材料高纯碳化硅粉是由高纯碳粉及高纯硅粉在高温、低压、惰性气体保护的情况下反应合成而来。但是，因加热器的表面温度不均，导致温度在坩埚表面的温度表现为坩埚底部的温度高，坩埚顶部的温度低。这种坩埚上下部温度不均的情况，会使得坩埚底部合成的碳化硅粉因温度偏高而分解，分解产生的硅会形成硅蒸汽而流失，从而导致碳硅比例失调，并在坩埚的底部形成厚厚的碳化层，最终导致合成高纯碳化硅粉的产粉率偏低。
技术实现思路
1、基于此，有必要提供一种能够有效地避免坩埚底部合成的碳化硅粉分解，提高碳化硅粉的产粉率的用于合成碳化硅粉料的坩埚及其制备方法、合成装置。
2、本专利技术的第一方面，提供了一种用于合成碳化硅粉料的坩埚，包括：
3、坩埚本体，所述坩埚本体的上端敞口，下端密封，形成容纳腔；及
4、隔热室，设于所述坩埚本体的底部，所述隔热室与所述坩埚本体为一体结构，所述隔热室内具有隔热腔。
5、通过在坩埚本体的底部设置与坩埚本体为一体结构的具有隔热腔的隔热室，在使用该坩埚将高纯碳粉和高纯硅粉合成为碳化硅粉料时，
6、在任意的实施方式中，所述隔热室包括：
7、隔热侧壁，所述隔热侧壁的上端与所述坩埚本体的底部连接；及
8、隔热底板，所述隔热底板与所述隔热侧壁的下端连接，所述隔热底板、所述隔热侧壁和所述坩埚本体的底面围合形成所述隔热腔。
9、如此，通过隔热底板、隔热侧壁和坩埚本体的底面围合形成的隔热腔可以对坩埚本体的底部起到隔热作用，避免坩埚本体底部的温度过高导致碳化硅粉料的分解。
10、在任意的实施方式中，所述隔热侧壁的厚度为5mm～20mm。
11、在任意的实施方式中，所述隔热底板的厚度为5mm～20mm。如此，能够更好地使碳化硅粉料合成时坩埚本体的底部处于合适的温度范围，进一步提高碳化硅粉料的合成产粉率。
12、在任意的实施方式中，所述坩埚本体的容纳腔底壁在竖直方向的投影位于所述隔热腔底壁在竖直方向的投影范围之内。如此，可使坩埚本体的整个内腔底部均能够起到隔热作用，进一步提高碳化硅粉料的产粉率。
13、在任意的实施方式中，所述隔热腔的高度为5mm～20mm。如此，能够使隔热室具有更加合适的隔热性能，既不会使坩埚本体的底部温度过高而导致碳化硅粉料分解，又不会使坩埚本体的底部温度过低而影响碳化硅粉料的合成。
14、在任意的实施方式中，所述坩埚本体的侧壁厚度为5mm～20mm。如此，能够使坩埚的容纳腔内的加热温度更加均匀。
15、本专利技术的第二方面，提供了一种本专利技术第一方面的隔热室与坩埚本体为一体结构的坩埚的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
16、在模具的外侧包裹碳纤维单向布形成坩埚本体芯层；
17、在所述坩埚本体芯层的外表面依次交替缠绕多层碳纤维网胎和多层长碳纤维，然后进行固化成型处理，得到碳纤维坩埚本体预制体；
18、在所述碳纤维坩埚本体预制体的底部铺叠碳纤维预制体环，通过针刺将所述碳纤维预制体环结合在所述碳纤维坩埚本体预制体的底部，形成底部具有隔热室的碳纤维坩埚预制体；
19、通过化学气相沉积对碳纤维坩埚预制体进行增密处理，得到碳/碳复合材料坩埚毛坯；
20、对所述碳/碳复合材料坩埚毛坯进行石墨化处理和纯化处理，得到所述坩埚。
21、上述的坩埚的制备方法，通过采用碳纤维布缠绕形成坩埚本体芯层、多层碳纤维网胎和长碳纤维交替缠绕形成碳纤维坩埚本体预制体，通过铺叠和针刺形成底部具有隔热室的碳纤维坩埚预制体，能够避免石墨坩埚无法制备成一体结构的问题，同时能够缓解石墨坩埚底部散热不均、影响底部碳化硅粉质量的问题；并且提高坩埚内加热的均匀性和稳定性。
22、在任意的实施方式中，所述固化成型处理的温度为100℃～400℃，所述固化成型处理的时间为2h～20h。如此，能够使碳纤维网胎和长碳纤维中的树脂充分地固化，使坩埚具有较好的力学性能和稳定性。
23、在任意的实施方式中，所述化学气相沉积的温度为900℃～1500℃，所述化学气相沉积的时间为10h～300h。如此，能够在碳纤维坩埚预制体的表面形成沉积碳层，使碳纤维坩埚预制体充分地致密化，获得力学性能良好的碳/碳复合材料坩埚毛坯。
24、在任意的实施方式中，所述石墨化处理的温度为1800℃～2600℃，所述石墨化处理的时间为2h～20h。如此，能够使碳/碳复合材料坩埚毛坯的表面充分地发生石墨化反应，形成石墨层，从而有效地改善碳/碳复合材料的坩埚的力学性能和化学稳定性。
25、在任意的实施方式中，所述纯化处理的温度为2200℃～3000℃，所述纯化处理的时间为2h～10h。如此，能够有效地降低碳/碳复合材料的坩埚中的杂质含量。
26、本专利技术的第三方面，提供了一种用于合成碳化硅粉料的合成装置，包括：
27、本专利技术第一方面的用于合成碳化硅粉料的坩埚，或者本专利技术第二方面的制备方法制备的坩埚；及
28、加热器，用于对所述坩埚进行加热。
29、上述的合成装置采用了本申请第一方面的坩埚，能够有效地避免坩埚本体底部合成的碳化硅粉由于底部温度过高而分解，提高碳化硅粉的产粉率。
30、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
31、通过在坩埚本体的底部设置与坩埚本体为一体结构的隔热室，隔热室内具有隔热腔；使用该坩埚在高温下将高纯碳粉和高纯硅粉合成为碳化硅粉料时，隔热室及其内设置的隔热腔可以起到一定的隔热作用，避免坩埚本体底部的温度过高，从而可以有效地避免坩埚本体底部合成的碳化硅粉由于底部温度过高而分解的问题，进而提高碳化硅粉的产粉率；
32、另外，通过采用碳纤维布缠绕形成坩埚本体芯层、多层碳纤维网胎和长碳纤维交替缠绕形成碳纤维坩埚本体预制体，通过铺叠和针刺形成底部具有隔热室的碳纤维坩埚预制体，能够避免石墨坩埚无法制备成一体结构的问题，同时能够缓解石墨坩埚底部散热不均、影响底部碳化硅粉质量的问题；并且提高坩埚内加热的均匀性和稳定性。
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1.一种用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述隔热室包括：
3.根据权利要求2所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述隔热侧壁的厚度为5mm～20mm；和/或
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述坩埚本体的容纳腔底壁在竖直方向的投影位于所述隔热腔底壁在竖直方向的投影范围之内。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述隔热腔的高度为5mm～20mm；和/或
6.一种如权利要求1至5中任一项所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚的制备方法，其特征在于，所述固化成型处理的温度为100℃～400℃，所述固化成型处理的时间为2h～20h。
8.根据权利要求6所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积的温度为900℃～1500℃，所述化学气相沉
9.根据权利要求6所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚的制备方法，其特征在于，满足以下(1)～(2)中的至少一项：
10.一种用于合成碳化硅粉料的合成装置，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述隔热室包括：
3.根据权利要求2所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述隔热侧壁的厚度为5mm～20mm；和/或
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述坩埚本体的容纳腔底壁在竖直方向的投影位于所述隔热腔底壁在竖直方向的投影范围之内。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述隔热腔的高度为5mm～20mm；和/或
6.一种如权利要求1至5中任...
【专利技术属性】
技术研发人员：李丙菊，吴海源，彭浩波，谭善宥，李军，廖寄乔，
申请(专利权)人：湖南金博碳基材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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