一种复合陶瓷涂层材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种复合陶瓷涂层材料及其制备方法和应用。根据本发明专利技术的复合陶瓷涂层材料，包括碳/碳坯体，所述碳/碳坯体内部具有孔隙，碳/碳坯体的外表面以及内部孔隙表面均设有纳米SiC

【技术实现步骤摘要】
一种复合陶瓷涂层材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于陶瓷涂层
，具体涉及一种复合陶瓷涂层材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]为了加强节能环保的要求，光伏行业得到大力发展。单晶硅太阳能电池片在当前的光伏
中，属于最成熟且光电转换效率相对较高的技术，因此，目前市场对于单晶硅的需求量巨大。
[0003]单晶硅的生产大多采用直拉法。在单晶硅的加工过程中，用到的化料设备是晶体生长炉。晶体生长炉，包括炉体、炉盖、坩埚、埚邦(又称埚筒)和埚杆，坩埚置于埚邦内，埚邦包括邦壁和邦底，用于承托和摆放坩埚，控制热场的轴向温度梯度和引导气氛流，是坩埚外的承力部件。单晶硅炉最初使用的埚邦是由石墨件和碳毡所形成的组合件，该种组合件存在保温效果较差，使用寿命短的问题，同时作为易损部件，石墨埚邦成本较高。
[0004]近年来，随着碳纤维增强新材料的兴起，因该类材料具有质量轻，耐高温，高温条件下优异的力学性能，抗热震性能，相比石墨埚邦成本更低等优势，目前单晶硅炉所使用的埚邦材料逐步被碳/碳复合材料所替代。然而，在单晶硅的拉制过程中，炉内会形成一定的硅蒸汽以及一些具有氧化性的SiO气体，会对碳/碳坩埚中的碳纤维造成侵蚀，从而影响到埚邦的性能以及使用寿命。因此，需要开发一种能够抗硅化腐蚀和氧化的新材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种复合陶瓷涂层材料，该复合陶瓷涂层材料以碳/碳坯体为基材，碳/碳坯体内部具有孔隙，碳/碳坯体的外表面以及内部孔隙表面均设有纳米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层，外表面的纳米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层表面还设有微米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层，能够抗硅化腐蚀和抗氧化。
[0006]本专利技术还提供了一种制备复合陶瓷涂层材料的方法。
[0007]本专利技术还提供了一种埚邦。
[0008]本专利技术的第一方面提供了一种复合陶瓷涂层材料，包括碳/碳坯体，所述碳/碳坯体内部具有孔隙，所述碳/碳坯体的外表面以及内部孔隙表面均设有纳米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层，所述外表面的纳米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层表面还设有微米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层。
[0009]本专利技术关于复合陶瓷涂层材料的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
[0010]本专利技术的复合陶瓷涂层材料，包括碳/碳坯体，碳/碳坯体内部具有孔隙，碳/碳坯体的外表面以及内部孔隙表面均设有纳米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层，减少了硅蒸汽与碳接触的通道以及表面积，提高了材料的力学性能。同时，纳米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层提供了一个过渡界面，使得碳/碳坯体外表面的纳米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层与微米SiC
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ZrC陶瓷复合涂
层之间具有良好的结合强度。
[0011]本专利技术的复合陶瓷涂层材料，其中的纳米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层和微米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层中的SiC和ZrC为复合相，SiC和ZrC可以相互抑制，不易粉化，比单一的碳化硅陶瓷涂层具有更高的耐温性能、抗硅腐蚀和抗氧化性能。
[0012]本专利技术的复合陶瓷涂层材料，外表面的纳米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层表面还设有微米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层，能够进一步弥补纳米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层中可能存在的孔洞和裂纹，从而材料的外表面完全致密。
[0013]本专利技术的复合陶瓷涂层材料，具有成分可控、厚度可调，具有优异的耐高温性能、抗硅侵蚀及抗氧化性能。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，所述碳/碳坯体的密度为1.2g/cm3～1.3g/cm3。
[0015]密度越高，碳/碳坯体的成本越高。密度过低，材料强度不够，难以定型。由此，碳/碳坯体的密度为1.2g/cm3～1.3g/cm3是适宜的密度。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述碳/碳坯体的密度为1.25g/cm3～1.3g/cm3。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，所述碳/碳坯体的密度为1.25g/cm3。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，碳/碳坯体可以为2.5D结构，2.5D结构包括层与层间的浅交联结构。
[0019]本专利技术的第二方面提供了制备本专利技术的复合陶瓷涂层材料的方法，包括以下步骤：
[0020]S1：采用锆改性聚甲基硅烷溶液对所述碳/碳坯体进行浸渍处理；
[0021]S2：将步骤S1处理后的基材在保护气氛下进行第一次烧结；
[0022]S3：用SiC
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ZrC浆料对步骤S2处理后的基材表面进行涂覆处理后，在保护气氛下进行第二次烧结。
[0023]本专利技术关于制备复合陶瓷涂层材料的方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
[0024]本专利技术的方法，先采用锆改性聚甲基硅烷溶液对碳/碳坯体进行浸渍处理，然后烧结，可以在碳/碳坯体外表面形成一层均匀且厚度可调的SiC
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ZrC陶瓷涂层，且锆改性聚甲基硅烷溶液在烧结过程中裂解产生的SiC
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ZrC还可以填充到碳/碳坯体内部的孔隙中，在碳/碳坯体内部的孔隙表面形成SiC
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ZrC陶瓷复合涂层，由此，减少了硅蒸汽与碳接触的通道以及表面积，提高了材料的力学性能。之后，再用SiC
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ZrC浆料对步骤S2处理后的基材表面进行涂覆处理，然后在保护气氛下进行第二次烧结，前步骤中“浸渍
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第一次烧结”工艺形成的纳米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层能为后续涂覆浆料涂层提供一个过渡的界面，从而可以确保两层涂层之间的结合强度。
[0025]此外，和单一使用锆前驱体和碳化硅前驱体浸渍裂解制备复合材料相比，本专利技术中，使用硅锆一体化的锆改性聚甲基硅烷陶瓷前驱体浸渍裂解制备的复合材料中，ZrC和SiC分布均匀，结合性更好，材料性能更优。本专利技术中，锆改性聚甲基硅烷溶液是一种硅锆一体化的陶瓷前驱体溶液，Zr原子与聚甲基硅烷分子中的Si原子通过化学键结合，属于分子间的参杂，锆改性聚甲基硅烷烧结后得到产物为SiC
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ZrC复合相，ZrC和SiC的相互抑制作用，导致锆改性聚甲基硅烷裂解产生的ZrC和SiC结晶温度较高，且晶粒生成较慢，生成的裂解产物更致密，不易粉化，比单一的碳化硅陶瓷涂层具有更高的耐温性能、抗硅腐蚀和抗氧
化性能，也比使用多种混合原料进行浸渍得到的涂层具有更高的耐温性能、抗硅腐蚀和抗氧化性能。同时，由于锆改性聚甲基硅烷在烧结过程中，不可避免的会出现小分子挥发及烧结陶瓷收缩的问题，导致先驱体转化法制备的SiC
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ZrC涂层致密度不够，存本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合陶瓷涂层材料，其特征在于，包括碳/碳坯体，所述碳/碳坯体内部具有孔隙，所述碳/碳坯体的外表面以及内部孔隙表面均设有纳米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层，所述外表面的纳米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层表面还设有微米SiC
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ZrC陶瓷复合涂层。2.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷涂层材料，其特征在于，所述碳/碳坯体的密度为1.2g/cm3～1.3g/cm3。3.一种制备如权利要求1或2所述的复合陶瓷涂层材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采用锆改性聚甲基硅烷溶液对所述碳/碳坯体进行浸渍处理；S2：将步骤S1处理后的基材在保护气氛下进行第一次烧结；S3：用SiC
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ZrC浆料对步骤S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张西岩，蒋军军，彭国强，
申请(专利权)人：湖南博望碳陶有限公司，
类型：发明
国别省市：