耐高温涂层涂覆坩埚表面保护贵金属坩埚的方法技术

本发明专利技术涉及一种耐高温涂层涂覆坩埚表面保护贵金属坩埚的方法，所述方法包括：贵金属坩埚的表面预处理：在密闭箱内采用氧化铝颗粒高速喷击贵金属坩埚外表面，使贵金属坩埚外表面形成极细的坑以增加坩埚的外比表面积；以及高温等离子喷涂：细氧化锆砂经高温等离子体喷涂涂覆在预处理后的贵金属坩埚外表面，形成致密氧化锆保护层。本发明专利技术通过对贵金属坩埚的外表面进行高速喷击细颗粒而形成极细的坑以增加坩埚的外比表面积，从而增加了保护层与坩埚外表面间的吸附力，并通过等离子体喷涂形成致密氧化锆保护层，从而减少贵金属坩埚的挥发，降低使用损耗，节约晶体生长成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及贵金属坩埚的保护方法，属于晶体生长领域，更具体属于贵金属坩埚使用保护方法领域。
技术介绍
晶体材料是信息、电子、通讯、激光等高新技术产业的基础，如半导体晶体之于微电子技术、压电晶体之于通讯技术、激光晶体之于光电子技术、闪烁晶体之于医学成像技术和高能物理。随着晶体领域的不断探索，越来越多性能优良的人工晶体被研制成功。这些性能优良的人工晶体中一大部分晶体的熔点都较高，闪烁晶体如:掺铈硅酸镥Lu2SiO5 = Ce(LS0:Ce)熔点约 2200°C、硅酸钇镥(Lua_x)Y(x)) 2Si05: Ce (LYS0: Ce)的熔点约 2150°C、掺铈镥铝石榴石 Lu3Al5O12: Ce(LuAG = Ce)的熔点约 2050°C，锗酸铋 Bi4Ge3O12 (BGO)的熔点约 1050°C;激光晶体如:掺钕钇铝石榴EY3Al5O12:Nd (YAGiNd)的熔点约1970°C，铝酸钇YAlO3 (YAP)的熔点约1850°C，钒酸钇晶体YVO4的熔点约2150°C，钆镓石榴石Gd3Ga5O12 (GGG)的熔点约17200C，铽镓石榴石Tb3Ga5O12 (TGG)的熔点约1725°C，这些高温晶体生长对坩埚的使用温度要求很高。人工晶体的生长过程需要先把配制好的原料装在坩埚容器里通过各种方法加热到晶体熔点以上，使原料熔融为熔液状态，再缓慢降温并采用籽晶或自然结晶等使区域熔体的产生结核结晶为固态晶体。此过程要求坩埚容器的熔点要大于晶体的熔点，坩埚的材质不能与高温熔体发生反应，此外坩埚还需具有高的热传导率以不影响高温熔体的热传导即熔体的温度场结构或熔体的自然对流状态。这就限制晶体生长用坩埚多以热传导率高的材料为主。 目前国际上采用的晶体生长用坩埚材质主要有:钼、铱、铑、钨、钥、石墨、石英等。其中石墨的熔点约3500°C，但高温下碳能与许多金属反应，生成金属碳化物等，且石墨在3500C -4000C时就会与空气中的氧发生反应，这就要求生长炉内的氧含量要保持极低，这些都限制了石墨坩埚的使用。石英熔点约1750°C，但在约1200°C以上就会软化变形，且石英的热导率低(约0.88w/m.k)，主要使用在一些熔点低于1600°C的晶体生长。钨的熔点约340(TC，但其在氧化气氛中容易挥发对晶体造成污染，故钨坩埚一般要求在高真空或还原气氛下使用，工作温度在约2450°C。钼的熔点约1770°C，物理化学稳定性好，在高温下也不与氧发生反应，在1150°C以下能长时间稳定使用，广泛用于熔点低于1150°C晶体的生长。铱的熔点约2440°C，具体较稳定物理化学性能，工作温度能达约2200°C，可在弱氧化气氛、还原气氛、真空下使用。在实际晶体生长过程中，很多晶体的熔点接近坩埚的熔点，如LSO，LYSO晶体的熔点都接近了铱坩埚的极限工作温度，易使金属升华，坩埚的挥发现象较为严重，贵金属损耗是晶体生长成本的一大支出。为了减少坩埚材料的使用量及坩埚导热性能对晶体生长温度场的影响，晶体生长用坩埚的厚度都较薄，特别是贵金属坩埚如钼金坩埚、铱金坩埚，坩埚厚度一般在I~5mm范围，有的甚至只有0.3mm左右。坩埚在使用过程中，表面的贵金属有不同层度的挥发，一方面挥发造成贵金属的直接损耗，增加生长成本，另一方面，贵金属的挥发使本来就很薄的坩埚壁变得更薄，挥发的不均匀使坩埚的不同部位厚薄不一，晶体生长环境变得难以控制，影响晶体生长的稳定性，降低晶体生长的成品率；贵金属挥发的不均匀性也降低了坩埚的使用次数，增加了贵金属坩埚从新制作的次数，提高了贵金属坩埚的总使用成本。因此，对贵金属坩埚进行保护以防止贵金属挥发从而降低使用损耗成为重要研究方向。例如中国专利CN108033A公开一种保护铱坩埚生长掺四价铬高温氧化物晶体的方法，其中用等离子喷涂技术在铱坩埚外壁喷涂氧化锆保护层；中国专利CN1122730C进一步公开用等离子喷涂技术在铱坩埚外表面喷涂混合有铱粉和氧化锆粉的保护层，以此加强保护层的牢固性。但是这些方法均是直接在铱坩埚外表面进行喷涂，存在涂层与坩埚外表面吸附力较弱的问题。
技术实现思路
面对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种致密耐高温涂层牢固涂覆于坩埚表面从而保护贵金属坩埚的方法。本专利技术采用等离子体喷涂的方法，在形成有极细的坑的坩埚外表面涂覆一层致密的氧化锆保护层，以隔绝坩埚外表面与气氛的接触，减少贵金属如铱在晶体生长过程中的挥发，从而降低贵金属坩埚的使用损耗，节约晶体生长成本。在此，本专利技术提供一种，包括:贵金属坩埚的表面预处理:在密闭箱内采用氧化铝颗粒高速喷击贵金属坩埚外表面，使贵金属坩埚外表面形成极细的坑以增加坩埚的外比表面积；以及高温等离子喷涂:细氧化锆砂经高温等离子体喷涂涂覆在预处理后的贵金属坩埚外表面，形成致密氧化锆保护层。本专利技术通过对贵金属坩埚的外表面进行高速喷击细颗粒而形成极细的坑以增加坩埚的外比表面积，从而增加了保护层与坩埚外表面间的吸附力，并通过等离子体喷涂形成致密氧化锆保护层，从而减少贵金属坩埚的挥发，降低使用损耗，节约晶体生长成本。较佳地，所述氧`化铝颗粒的粒径为800 μ m。较佳地，所述喷击的速度为喷击的速度为15~20m/s,喷击时间与?甘祸外表面大小成正比，一般为15~60分钟。较佳地，所述细氧化锆砂的粒径为18~45 μ m。较佳地，所述高温等离子体喷涂的工作气体为氩气，工作温度为5000~6000°C。较佳地，所述氧化锆保护层的厚度为0.3~1.2mm。本专利技术中，所述贵金属坩埚包括铱坩埚、钼坩埚、和铑坩埚。本专利技术的方法简单易行，对贵金属的保护效果显著，在贵金属的使用中贵金属的损耗仅为无保护层的坩埚的损耗的1/3以下。未经本专利技术所述预处理而直接涂覆保护层的坩埚，在使用过程中会出现局部保护层提前剥落导致贵金属坩埚挥发不均匀及使用寿命短等缺点。而本专利技术能够使保护层牢固地结合于坩埚外表面而不会提前剥落，因此能够更好地保护贵金属坩埚。【附图说明】图1为无保护层、及经本专利技术方法保护的坩埚外表面与保温材料表面情况对比图。【具体实施方式】以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。为了减少坩埚材料的使用量及坩埚导热性能对晶体生长温度场的影响，晶体生长用坩埚的厚度都较薄，特别是贵金属坩埚如钼金坩埚、铱金坩埚，坩埚厚度一般在I~5mm范围，有的甚至只有0.3mm左右。坩埚在使用过程中，表面的贵金属会有挥发，由于坩埚较薄，一方面挥发造成贵金属的直接损耗，增加生长成本，另一方面，贵金属的挥发使本来就很薄的坩埚壁变得更薄，挥发的不均匀使坩埚的不同部位厚薄不一，晶体生长环境变得不可控制，影响晶体生长的稳定性，降低晶体生长的成品率；贵金属挥发的不均匀性也降低了坩埚的使用次数，增加了贵金属坩埚从新制作的次数，提高了贵金属坩埚的总使用成本。本专利技术在贵金属表面采用等离子体喷涂的方法，在形成有极细的坑的坩埚外表面涂覆一层致密的氧化锆保护层，以隔绝坩埚外表面与气氛的接触，减少贵金属如铱在晶体生长过程中的挥发，从而降低贵金属坩埚的使用损耗，节约晶体生长成本。一个示例的实施方式如下所述。1.贵金属坩埚的表面预处理 作为待保护的贵金属坩埚，包括但不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温涂层涂覆坩埚表面保护贵金属坩埚的方法，其特征在于，包括：贵金属坩埚的表面预处理：在密闭箱内采用氧化铝颗粒高速喷击贵金属坩埚外表面，使贵金属坩埚外表面形成极细的坑以增加坩埚的外比表面积；以及高温等离子喷涂：细氧化锆砂经高温等离子体喷涂涂覆在预处理后的贵金属坩埚外表面，形成致密氧化锆保护层。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温涂层涂覆坩埚表面保护贵金属坩埚的方法，其特征在于，包括: 贵金属坩埚的表面预处理:在密闭箱内采用氧化铝颗粒高速喷击贵金属坩埚外表面，使贵金属坩埚外表面形成极细的坑以增加坩埚的外比表面积；以及 高温等离子喷涂:细氧化锆砂经高温等离子体喷涂涂覆在预处理后的贵金属坩埚外表面，形成致密氧化锆保护层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化铝颗粒的粒径为800μ m。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述喷击的速度为15~2...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴承，戴灵恩，唐佳，陆晟，丁栋舟，毛日华，杨建华，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，上海硅酸盐研究所中试基地，
类型：发明
国别省市：