[发明专利]高纯度碳化硅陶瓷制造方法和陶瓷基材

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种高纯度碳化硅陶瓷制造方法和陶瓷基材以及等离子刻蚀设备。

背景技术

碳化硅(SiC)陶瓷作为现代工程陶瓷之一，是仅次于金刚石的硬质材料，具有优良的耐化学腐蚀性能、超高的机械强度、耐磨性能好、耐高温、自润滑性能好、抗高温蠕变、摩擦系数小、导热系数高、热膨胀系数低和优越的电子性能等特点，由于碳化硅陶瓷具有诸多优异的性能，因此其产品可广泛用于石油化工、冶金机械、航空航天、原子能等领域，也使其成为半导体器件领域中最理想的陶瓷材料，市场前景十分广阔。因此，研究其性能与应用具有十分重要的意义。

早期商业的碳化硅陶瓷，采用碳热还原方法，以石英砂和焦炭作为原料在高温炉中反应进行。此法获得的碳化硅陶瓷纯度取决于原料的纯度，烧结成品后，材料中存在少量的自由硅，以及残留的粘结剂材料。通常获得的产品纯度不高，杂质含量过高，使其各方面的性能一般，特别是耐等离子腐蚀性能不理想。

目前比较流行的生产碳化硅的主要方法：烧结、反应键合和单晶生长等。

其中，在烧结合成中，比较典型的有无压烧结和热压烧结。两种方法在烧结过程中都会添加适量的烧结助剂，其纯度也取决于原料的纯度，使得成品的碳化硅陶瓷器件纯度不高，从而降低了机械性能，耐等离子腐蚀性能也不理想。虽然通过热等静压技术能够获得很好的机械性能的SiC，但其方面的性能不容乐观，如热导率，光学性能，以及表面质量。同时，无法生产出大尺寸和复杂形状的器件，不利工业化生产。

在反应键合工艺中，SiC原料中存在一定含量的硅(10～40％)。该法通过硅化反应制备SiC，纯度较低，导致机械性能和耐等离子腐蚀性能低。此外，该工艺获得的SiC不具有很高的表面抛光性能，

通过单晶生长技术虽然能够生产出良好的热学、光学和物理性能的碳化硅，但其成本昂贵，并且很难制作出大型尺寸的产品，其纯度也只能达到99.9％。

发明内容

本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种高纯度碳化硅陶瓷制造方法，以解决现有碳化硅制备方法获得的碳化硅纯度不高的技术问题。

本发明实施例的另一目的在于提供一种陶瓷基材，以解决现有碳化硅陶瓷基材机械性能和耐等离子腐蚀性能不理想的技术问题。

本发明实施例的又一目的在于提供一种等离子刻蚀设备，以解决现有等离子刻蚀设备由于含有耐等离子腐蚀性能不理想的基材部件而影响基材寿命的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明一方面，本发明提供了一种高纯度碳化硅陶瓷的制备方法。本发明所述高纯度碳化硅陶瓷的制备方法包括如下步骤：

将碳和硅源化合物、载体气体和保护气体通入化学气相沉积反应室内进行碳化硅的沉积反应，经过沉积反应制得碳化硅陶瓷，其中，所述沉积反应过程中，反应室内压强为40～50kPa，温度为900～1100℃。

本发明另一方面，本发明提供了一种陶瓷基材，所述陶瓷基材是由本发明高纯度碳化硅陶瓷的制备方法制备的高纯度碳化硅陶瓷形成。

本发明又一方面，本发明还提供了一种等离子刻蚀设备。所述等离子刻蚀设备包括有本发明陶瓷基材。

与现有技术相比，本发明高纯度碳化硅陶瓷制备方法采用化学气相沉积法直接沉积碳化硅，使得生成的碳化硅纯度高达99.999％以上，而且致密度高，机械性能好，高耐等离子腐蚀性能，而且还能制备出大型尺寸的碳化硅器件。另外，本发明制备方法工艺条件易控，沉积效率高，有效降低了碳化硅的经济成本。

本发明陶瓷基材由于是由本发明高纯度碳化硅陶瓷的制备方法制备的高纯度碳化硅陶瓷形成，因此，本发明陶瓷基材机械性能好，耐等离子腐蚀性能好。

本发明等离子刻蚀设备由于包括本发明陶瓷基材，因此，本发明等离子刻蚀设备的性能更稳定，刻蚀效果好。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一方面，本发明实施例提供一种高纯度碳化硅陶瓷的制备方法。在一实施例中，其特征在于，包括如下步骤：

将碳和硅源化合物、载体气体和保护气体通入化学气相沉积反应室内进行碳化硅的沉积反应，经过沉积反应制得碳化硅陶瓷，其中，所述沉积反应过程中，反应室内压强为40～50kPa，温度为900～1100℃。