[发明专利]一种表面涂层的耐高温坩埚

说明书

技术领域

本发明涉及坩埚技术领域，尤其是涉及一种表面涂层的耐高温坩埚。

背景技术

坩埚是一种常用的实验和生产设备，无论是在晶体材料的生长制备过程中，还是在粉体材料的合成过程中，都离不开坩埚的参与，坩埚的质量往往会影响这些材料的制备过程和制备而得材料的性能。现有技术中，坩埚通常采用粉体成型再进行烧结制备而得，其中成型是整个坩埚制备过程中的重要一环，成型的均匀性和密实度会对坩埚的烧结过程和最终烧结制得的坩埚的性能产生巨大的影响；现有的坩埚成型乃至所有粉体材料的成型大都采用压力成型、等静压成型等工艺，其中等静压成型是成型均匀性和成型密实度最好的成型方式，但是其一般需要在油压环境下进行，存在成型工艺较复杂，成型设备成本高，操作要求高，另外成型时间也较长等缺点，对于需要提高成型效率和减小成型成本的坩埚成型较不适宜；机压成型一般采用对粉料施加单侧压力的方式成型，由于其在成型过程中只提供单侧的压力，使得其在成型过程中坯体受力不均，施压一侧受力较大，远离施压的一侧受力较小，受力不均造成密实度也不均一，受力一侧更加的密实，另一侧则会有更多的空隙，这种不均匀的密实情况会对坩埚烧结时产生较大的不利影响，对于空隙较多的一侧需要控制烧结速率使坯体中晶界的移动更慢使得气体和杂质能够被排除晶粒之外而不是被晶粒所包裹，而密实的一侧则需要加快烧结过程中坯体晶界的移动速率，提高烧结效率；鉴于这种状况，烧结时必须将烧结速率控制的足够慢，提高坯体的烧结效果，但是不可避免的会影响烧结效率，同时也存在影响密实度高一侧的烧结效果；因此，需要一种能够在成型过程中能够增进坯体密实度和均匀度的粉体材料。

现有常用的坩埚一般为刚玉质，95瓷，99瓷都是常用的刚玉坩埚，其大都由纯度较高的氧化铝直接烧制而成，其可作用的温度也较高，可达1700℃左右，可以满足大多数材料的合成制备；但是其中还有一个问题往往会被忽视，在将近1700℃的高温环境下，由于已经相当接近于氧化铝的熔点，虽然刚玉坩埚此时还不至于失效或损坏，但是其表面的氧化铝成分已经具有极高的活性，这些具有极高活性的铝离子、氧原子会进入坩埚内正在反应的反应物中，对于结构性材料来说，这些微含量的杂质离子产生的影响相对较小，甚至可以忽略不计，但是对于一些功能材料而言，一些杂质的侵入，哪怕是含量极少的杂质侵入也会大大影响其相应的性能；选用具有更高耐热温度的材料成为一个可行的选择，但是采用具有更高耐热温度的材料则会相应的增加试验/生产成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种能在较低成本下提供具有更好耐高温性能，并且具有较高致密度、均一性的表面涂层耐高温坩埚。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种表面涂层的耐高温坩埚，其由刚玉坩埚和包覆在刚玉坩埚外的碳化硅涂层组成；碳化硅涂层的重量为刚玉坩埚重量的3～7%；

刚玉坩埚由以下重量份的原料制得：氧化铝含量为99～99.5wt%的刚玉粉100份，鳞片石墨粉0.05～0.15份，绢云母0.3～0.8份，滑石粉0.3～0.5份，造粒粘结剂1.5～2.0份；

碳化硅涂层由以下重量份的原料制得：碳源20～35份，硅源35～47份，分散剂5～8份。

本发明技术方案的一个目的是为了增加坩埚生坯密实度和均一性，即使得在粉体成型时，在成型压力不均匀的情况下也能获得粉料均匀密实度均匀且密实度高的坯体，保证坯体的均一性；上述目的通过两个方法获得，其一是合理调配粉体的粒径分布；第二个方法是在粉料中添加一定量的能够增加粉体流动性的添加剂，这些添加剂以鳞片石墨和滑石粉为主。为了获得具有较高耐高温能力的坩埚，选用氧化铝含量为98～99wt%的刚玉粉体较适宜，而且高氧化铝含量的刚玉本就是一种具有极好耐高温性能的耐火材料。

石墨是一种层状的无机材料，其具有良好的润滑性能，能够增加粉料的流动性，但是由于其构成元素为碳元素，其在空气环境下的耐火度并不好，因此，只能添加一少部分，并且在粉料成型后烧结时尽量除去；绢云母是一种铝硅酸盐矿物，也是一种层状硅酸盐矿物，其也具有良的润滑性能，添加到粉体中能够增加粉体的流动性，并且铝硅酸盐矿物也是一种具有良好耐火性能的材料，其少量的加入，不会对粉体的耐火度产生变劣影响；滑石粉是一种含水硅酸镁矿物，其具有良好的润滑性能，同时其也具有十分优秀的抗腻性能，其能阻止细粉料之间发生团聚。