[发明专利]一种具有金属陶瓷复合涂层的加热元件

说明书

本发明的目的在于提供一种具有金属陶瓷复合涂层的加热元件，包括金属基体和复合在所述金属基体表面的金属陶瓷复合涂层；所述金属陶瓷复合涂层具有多孔结构；所述金属陶瓷复合涂层包括金属相和陶瓷相；所述金属相为纯钨和/或钨合金粉体；所述陶瓷相为稀有金属的碳化物、稀有金属的氮化物、稀有金属的氧化物、硼的碳化物、硼的氮化物、硼的氧化物、氧化铝和氧化镁中的一种或几种。本发明中的陶瓷相能够显著阻止涂层中金属粉体在高温加热过程中的致密化程度，能够更好的维持涂层的多孔结构，同时，可以提高涂层的热发射率；进一步的，由于涂层为疏松的多孔结构，可以有效地减少因基体与涂层热膨胀系数差异产生的热应力，涂层不易开裂和剥落。

技术领域

本发明属于加热元件技术领域，尤其涉及一种具有金属陶瓷复合涂层的加热元件。

背景技术

在高温加热领域，例如高温加热炉、CVD(化学气相沉积)、MOCVD(有机化学气相沉积)设备中，经常会用高熔点的金属或其合金如钨、钼、钽等作为加热元件。

在化学气相沉积(CVD)和有机化合物气相沉积(MOCVD)设备中，通常采用片式或丝状的钨金属作为加热元件，加热元件产生的热量通过热辐射方式加热其上的半导体晶元载盘，载盘再把热量传递到晶体生长的衬底，使衬底达到设定的工艺温度。

MOCVD设备是制备发光二极管(LED)芯片、氮化镓(GaN)等功率半导体器件的关键设备，工艺温度要求在1000-1300℃。

当利用MOCVD工艺制备紫外、深紫外和SiC功率器件时，其工艺温度超过1500℃，这时钨加热元件自身的温度会达到1700-2200℃。在这样的高温下，钨加热元件的高温强度会下降，导致钨片加热器下垂变形，影响热场稳定性和加热器的使用寿命。

以钨或钨合金作为加热元件进行高温加热时，高温下热量的传输以热辐射为主，因此高温下加热元件的热辐射率对加热效率影响很大。一方面，热辐射率决定了热量的利用效率，另一方面热辐射率也决定了加热元件本身的温度。当加热元件的热辐射率高时，达到相同的加热温度，加热元件本身的温度就会降低，进而延长加热元件的使用寿命。

为了提高加热元件的热反射和热辐射效率，现有产品通常采用对加热元件表面进行喷砂的方法来增加表面粗糙度，以此提高热反射和热辐射面积。

但是单纯的增加加热元件的表面粗糙度，不能改变材料本身的热发射率，而且用喷砂方法增加表面积的效果有限。

为了提高热辐射率，可在金属基体的表面涂覆比金属热辐射率更高的陶瓷材料，例如钨的发射率为0.1-0.3，而碳化硅的发射率可以达到0.8，碳化钽的热发射率可以达到0.6以上。

在金属基体表面施加陶瓷涂层，可以提高热辐射率。但是当加热元件的使用温度在1700℃以上甚至2200℃，并反复经历快速加热和快速降温过程时，陶瓷相涂层与金属基体间因热膨胀系数不同导致的应力非常大，会加速涂层开裂和剥落。

因此，需要提供一种新的具有高效热辐射效率、稳定可靠的加热元件，在提高热辐射率的同时，使得涂层与金属基体不易开裂和剥落，以满足SiC功率器件和深紫外器件的高温工艺要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有金属陶瓷复合涂层的加热元件，本发明中的加热元件热辐射效率高，同时涂层不易脱落。

本发明提供一种具有金属陶瓷复合涂层的加热元件，包括金属基体和复合在所述金属基体表面的金属陶瓷复合涂层；所述金属陶瓷复合涂层具有多孔结构；

所述金属陶瓷复合涂层包括金属相和陶瓷相；

所述金属相为纯钨粉体和/或钨合金粉体；所述金属相在所述金属陶瓷复合涂层中的质量分数为50～90％；

所述陶瓷相为稀有金属的碳化物、稀有金属的氮化物、稀有金属的氧化物、硼的碳化物、硼的氮化物、硼的氧化物、氧化铝和氧化镁中的一种或几种。