[实用新型]炭素材料发热体

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高温领域用发热体，具体地说是一种炭素材料发热体，特别是涉及一种由碳/碳复合材料或石墨材料为基体的发热体。

背景技术

碳/碳复合材料或石墨材料具有耐热性好、抗热冲击性好、热导率高、热膨胀系数低、易加工、高温机械强度高等一系列优异的特点，是制备发热体的最佳候选材料，但是由于碳/碳复合材料或石墨存在一个致命的缺点，高温极易被氧化。因此，碳/碳复合材料或石墨材料制备的发热体只能在真空或有保护性气氛条件下使用。然而，在实际生产中，有的时候要求发热体要在空气中或者有氧环境下使用，这就要求发热体本身具有抗氧化能力。

区域提纯是制备半导体材料和其它高纯材料(金属、无机化合物和有机化合物)的重要方法。如在制备单晶锗时，需要对锗原料进行提纯，其提纯方法主要是区域提纯，即将锗锭（由高纯二氧化锗还原而来）置于高纯石墨舟内，石墨舟置于石英管中，在石英管外加载高频感应线圈，高频感应线圈置于锗锭的一端，通过高频感应磁场产生的感应电流加热石墨舟，从而加热锗锭，随着温度的升高，锗锭自身也变成导体，导致锗锭在高频感应线圈一端的温度高于其它位置，当温度高于锗的熔点时，会在此区域产生局部熔区，然后以一定的速度移动石英管，使熔区从一端移至另一端，在移动熔区的同时，先熔化的锗也逐渐凝固，由于固溶体是有选择的结晶，先结晶的锗晶体将溶质（杂质）排入熔化部分的锗熔体中，如此当熔化区域走过一遍以后，锗锭中的杂质就会富集于另一端，重复几次即可达到提纯锗锭的目的，最后将富集杂质端去除即可得高纯多晶锗，然后通过直拉法等把多晶锗拉制成单晶锗。

上述的方法适合于制备纯度为6N的锗单晶，但是在实际应用中，有时需要纯度为9N甚至12N的锗单晶，这就要求区域提纯后的多晶锗具有更高的纯度，但是由于石墨舟的污染，很难制备出纯度大于9N甚至12N的多晶锗，因此，在实际生产中，一般是以纯度为6N的多晶锗为原料，用高纯石英舟为载体进行进一步区域提纯，但是由于石英不能产生感应加热，所以在锗能自身感应加热之前，必须有辅助发热体加热使锗锭温度达到锗转变为导体的温度。辅助发热体通常由石墨材料制成环状，与高频感应线圈相邻，一同套在石英管的一端，在高频感应线圈产生的感应磁场中，石墨环产生感应电流而发热，从而加热石英管及管内的锗锭，使石英管端头内的锗锭温度升高，当锗锭温度升高到约900℃时，锗锭变成导体，然后移去辅助发热体，通过高频感应加热锗锭进行区域提纯。由于加热温度高达900℃，且是在无保护气氛下加热，石墨材料制备的发热体会很快氧化而失效，影响了生产的正常进行。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种表面具有抗氧化涂层的炭素材料发热体。

目前，常用的方法是采用化学气相沉积（CVD）法制备涂层，CVD方法制备抗氧化涂层的特点是：涂层致密平整、纯度高，而且可以实现对涂层组织、形貌、成分以及厚度的设计。因此，CVD涂层技术广泛应用于半导体、冶金行业等用高温、高纯度的各种热结构部件表面涂层，其中以SiC涂层应用最为广泛。SiC具有化学惰性较大，优良的高温机械性能，抗热震性能和抗氧化能力，极高的熔点，而且SiC高温氧化反应可生成连续、均匀、致密的SiO₂氧化保护薄膜，故SiC涂层和SiC复合涂层是炭素材料抗氧化涂层的首选材料。

但是，碳/碳复合材料和石墨材料与SiC涂层的热膨胀系数不匹配，制备的涂层与基体的结合性较差，容易脱落，从而整个涂层的抗氧化性、抗热震性能不够理想。

碳化硅晶须是一种直径为纳米级至微米级的单晶纤维，具有高强度、高硬度、高弹性模量及密度低、耐腐蚀、化学性质稳定、抗高温氧化能力强等优良特性。

本实用新型是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种炭素材料发热体，它包括由碳/碳复合材料或石墨材料组成的基体，基体的表面设有由原位生长的碳化硅晶须组成的过渡层。

本实用新型为进一步提高涂层的抗氧化能力，过渡层上设有由致密碳化硅组成的表层。

由于采用上述技术方案，本实用新型较好的实现了发明目的，在炭素材料发热体上原位生长一层碳化硅晶须，再制备致密的碳化硅外层，从而在基体和致密的碳化硅表层之间形成SiCw过渡层，其热膨胀系数介于基体和碳化硅之间，可以有效降低由于热膨胀系数不匹配产生的热应力，同时，利用碳化硅晶须的拔出桥连与裂纹转向机制降低涂层中的裂纹尺寸和数量，有利于大幅度提高碳化硅涂层的抗氧化性能和抗热震性能，而且整个制备过程可以通过化学气相沉积连续完成，大大简化了抗氧化涂层的制备过程，可在半导体材料区域提纯中作为辅助发热体使用。

附图说明