高纯度碳化硅陶瓷制造方法和陶瓷基材技术

本发明专利技术公开了一种高纯度碳化硅陶瓷制备方法和陶瓷基材。本发明专利技术高纯度碳化硅陶瓷制备方法包括的步骤有：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；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℃。本发明专利技术高纯度碳化硅陶瓷制备方法制备的碳化硅纯度高达99.999％以上，而且致密度高，机械性能好，高耐等离子腐蚀性能，经济成本低。本发明专利技术陶瓷基材是由本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于陶瓷材料
，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。
技术介绍
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r>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％。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。为了实现上述专利技术目的，本专利技术一方面，本专利技术提供了一种高纯度碳化硅陶瓷的制备方法。本专利技术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℃。本专利技术另一方面，本专利技术提供了一种陶瓷基材，所述陶瓷基材是由本专利技术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。本专利技术又一方面，本专利技术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专利技术陶瓷基材。与现有技术相比，本专利技术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，本专利技术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。本专利技术陶瓷基材由于是由本专利技术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，本专利技术陶瓷基材机械性能好，耐等离子腐蚀性能好。本专利技术等离子刻蚀设备由于包括本专利技术陶瓷基材，因此，本专利技术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专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。一方面，本专利技术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℃。这样，本专利技术实施例提供的高纯度碳化硅陶瓷的制备方法利用改进的化学气相沉积法，采用低温高压的方式使得沉积碳化硅陶瓷纯度高，如可高达99.999％以上，而且致密。在一实施例中，在所述化学气相沉积反应室内，通入的所述碳和硅源化合物占所述碳和硅源化合物、载体气体和保护气体总体积的2-4％。在一实施例中，所述载体气体与保护气体的摩尔比为(1-1.5):1。在一实施例中，所述载体气体与碳和硅源化合物的摩尔比为(7-10):1。在一实施例中，所述碳和硅源化合物、载体气体和保护气体是先进行混合后再一起通入化学气相沉积反应室内。在一实施例中，所述碳和硅源化合物、载体气体和保护气体通入化学气相沉积反应室内的流速为150～300ml/min。通过进一步对气体流量和各气体成分浓度特别是碳和硅源化合物的浓度控制，在提高生成的碳化硅纯度的基础上提高碳化硅沉积速率，同时提供沉积碳化硅陶瓷的密度，从而提高机械性能和耐等离子腐蚀性能。在上述各实施例中，作为具体实施例中，所述碳和硅源化合物为氯硅烷，在具体实施例中，该氯硅烷选用三氯甲基硅烷(CH3Cl3Si)和二氯甲基硅烷(CH4Cl2Si)中的至少一种。该碳和硅源化合物被裂解反应后能有效提高碳化硅的纯度。在另一具体实施例中，所述载体气体可以是本领域常规的载体气体，如为氢气。在另一具体实施例中，所述保护气体也可以是本领域常规的保护气体，如为氩气。在上述各实施例的基础上，经测得，本专利技术实施例高纯度碳化硅陶瓷的制备方法沉积碳化硅的速率为4-7μm/min。由上述，本专利技术实施例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，致密，机械性能好，具有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，沉积效率高，有效降低了碳化硅的经济成本。另一方面，在上文所述的本专利技术实施例高纯度碳化硅陶瓷制备方法的基础上，本专利技术实施例还提供了一种陶瓷基材。在一实施例中，所述陶瓷基材是由本专利技术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。这样，本专利技术实施例陶瓷基材机械性能好，耐等离子腐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯度碳化硅陶瓷的制备方法，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℃。

【技术特征摘要】
1.一种高纯度碳化硅陶瓷的制备方法，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℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在所述化学气相沉积反
应室内，通入的所述碳和硅源化合物占所述碳和硅源化合物、载体气体和保护
气体总体积的2-4％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述载体气体与保护气
体的摩尔比为(1-1.5):1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述载体气体与碳和硅
源化合物的摩尔比为(7-10):1。
5.根据权利要求1-4任一所述的制备方法，其特征在于：所述碳和硅源化

【专利技术属性】
技术研发人员：向绍斌，向其军，谭毅成，
申请(专利权)人：深圳市商德先进陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44