【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳化硅粉制造，特别是涉及一种用于合成碳化硅粉料的坩埚、其制备方法及合成装置。
技术介绍
1、碳化硅是第三代宽带隙半导体材料，其禁带宽度大、热导率高、载流子饱和迁移速度高、临界击穿电场强度高并具有极好的化学稳定性，在高温、高频率、大功率、高电压、强辐射等苛刻条件下，使用碳化硅制造的器件有优越的性能及稳定性。
2、碳化硅晶体制造行业中，原材料高纯碳化硅粉是由高纯碳粉及高纯硅粉在高温、低压、惰性气体保护的情况下反应合成而来。但是，因加热器的表面温度不均，导致温度在坩埚表面的温度表现为坩埚底部的温度高，坩埚顶部的温度低。这种坩埚上下部温度不均的情况，会使得坩埚底部合成的碳化硅粉因温度偏高而分解，分解产生的硅会形成硅蒸汽而流失，从而导致碳硅比例失调，并在坩埚的底部形成厚厚的碳化层，最终导致合成高纯碳化硅粉的产粉率偏低。
技术实现思路
1、基于此，有必要提供一种能够有效地避免坩埚底部合成的碳化硅粉分解，提高碳化硅粉的产粉率的用于合成碳化硅粉料的坩埚、其制备方法及合成装置。
2、本专利技术的第一方面，提供了一种用于合成碳化硅粉料的坩埚，包括：
3、坩埚本体，所述坩埚本体的上端敞口，下端密封，形成容纳腔；及
4、隔热室，包括隔热侧壁、隔热顶板和隔热底板；所述隔热顶板与所述隔热侧壁的上端相连接，所述隔热顶板设于所述坩埚本体的底部下方；所述隔热底板与所述隔热侧壁的下端相连接，所述隔热底板、所述隔热侧壁和所述隔热顶板围合形成隔热腔；所述隔热底
5、通过在坩埚本体的底部设置隔热室，隔热室通过隔热底板、隔热侧壁和隔热顶板围合形成隔热腔，并在隔热底板的底面设置进气导管，在隔热侧壁上设置出气孔，使进气导管和出气孔均与隔热腔连通；在使用该坩埚将高纯碳粉和高纯硅粉合成为碳化硅粉料时，可以通过进气导管向隔热腔内通入气体，该隔热腔可起到一定的隔热作用，避免坩埚本体底部的温度过高，从而可有效地避免坩埚本体底部合成的碳化硅粉由于底部温度过高而分解，进而提高碳化硅粉的产粉率。
6、在任意的实施方式中，所述隔热室与所述坩埚本体为分体结构。如此，可以将隔热室独立拆下来，与不同的坩埚匹配使用；同样地，也可以将坩埚本体独立拆下来，匹配不同的隔热室使用，可使坩埚的使用灵活性更高。
7、在任意的实施方式中，所述坩埚本体的容纳腔底壁在竖直方向的投影位于所述隔热腔底壁在竖直方向的投影范围之内。如此，可使坩埚本体的整个内腔底部均能够起到隔热作用，进一步提高碳化硅粉料的产粉率。
8、在任意的实施方式中，所述进气导管设于所述隔热底板的底面中部；所述隔热侧壁上所述出气孔的数量为多个，且多个所述出气孔沿所述隔热侧壁的周向均布设置。如此，可以从隔热腔的中部通入惰性气体，并从隔热侧壁的各个方位排出惰性气体，使惰性气体在隔热腔内流通更加均匀，提高隔热的均匀性。
9、在任意的实施方式中，所述坩埚的材质为碳/碳复合材料。采用碳/碳复合材料作为坩埚的制作材料，可使坩埚的加热效率高、加热均匀性好，并且便于坩埚的成型及延长坩埚的使用寿命。可以理解，碳/碳复合材料可以采用现有的材料。
10、本专利技术的第二方面，提供了一种上述的用于合成碳化硅粉料的坩埚的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
11、按照所述隔热室的形状剪裁碳纤维布和碳纤维网胎，在模具的外表面交替堆叠剪裁好的所述碳纤维布和所述碳纤维网胎，并进行冷压成型，然后进行固化处理，得到碳纤维隔热室毛坯；
12、对所述碳纤维隔热室毛坯进行碳化处理，然后通过化学气相沉积对所述碳纤维隔热室毛坯进行增密处理，得到碳/碳复合材料隔热室毛坯；
13、对所述碳/碳复合材料隔热室毛坯进行石墨化处理和纯化处理，在所述碳/碳复合材料隔热室毛坯的底面加工进气孔形成进气导管，在所述隔热侧壁上加工出气孔，得到所述隔热室；
14、将所述隔热室与碳/碳复合材料的所述坩埚本体组合形成所述坩埚。
15、上述的用于合成碳化硅粉料坩埚的制备方法，通过采用碳纤维布和碳纤维网胎一次成型制备隔热室，其中隔热室上的进气导管也为碳/碳复合材料材质，相比于传统的石墨坩埚材质，碳/碳复合材料材质的坩埚隔热室的进气导管不容易发生破损或断裂。
16、在任意的实施方式中，所述碳纤维布和所述碳纤维网胎中均包括碳纤维以及复合于所述碳纤维中的热固性固化剂；基于所述碳纤维布或所述碳纤维网胎的总质量，所述碳纤维的质量分数为30％～85％，所述热固性固化剂的质量分数为15％～70％。
17、在任意的实施方式中，所述固化处理的温度为130℃～200℃，时间为1h～10h；所述碳化处理的温度为800℃～1200℃，时间为1h～50h；所述化学气相沉积的温度为900℃～1500℃，时间为10h～300h；所述石墨化处理的温度为1800℃～2600℃，时间为2h～20h；所述纯化处理的温度为2200℃～3000℃，时间为2h～10h。
18、本专利技术的第三方面，提供了一种用于合成碳化硅粉料的合成装置，包括：
19、本专利技术第一方面的用于合成碳化硅粉料的坩埚，或者本专利技术第二方面的制备方法制备的坩埚；及
20、加热器，用于对所述坩埚进行加热。
21、上述的合成装置采用了本申请第一方面的坩埚或本专利技术第二方面的制备方法制备的坩埚，能够有效地避免坩埚本体底部合成的碳化硅粉由于底部温度过高而分解，提高碳化硅粉的产粉率。
22、在任意的实施方式中，合成装置还包括供气单元，所述供气单元与所述进气导管连通，用于向所述隔热腔内通入气体。如此，能够使隔热室的隔热效果更加均匀。
23、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
24、通过在坩埚本体的底部设置隔热室，隔热室通过隔热底板、隔热侧壁和隔热顶板围合形成隔热腔，并在隔热底板的底面设置进气导管，在隔热侧壁上设置出气孔，使进气导管和出气孔均与隔热腔连通；使用该坩埚在高温下将高纯碳粉和高纯硅粉合成为碳化硅粉料时，可以通过进气导管向隔热腔内通入气体，隔热室及其内设置的隔热腔可以起到一定的隔热作用，避免坩埚本体底部的温度过高，从而可以有效地避免坩埚本体底部合成的碳化硅粉由于底部温度过高而分解的问题，进而提高碳化硅粉的产粉率；
25、另外，通过采用碳纤维布和碳纤维网胎交替堆叠后依次经冷压成型、固化处理、碳化处理、增密处理、石墨化处理和纯化处理制备坩埚的隔热室，其中隔热室上的进气导管为碳/碳复合材料材质，相比于传统的石墨坩埚材质，碳/碳复合材料材质的坩埚隔热室的进气导管不容易发生破损或断裂。
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1.一种用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述隔热室与所述坩埚本体为分体结构。
3.根据权利要求1所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述坩埚本体的容纳腔底壁在竖直方向的投影位于所述隔热腔底壁在竖直方向的投影范围之内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述进气导管设于所述隔热底板的底面中部；和/或
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述坩埚的材质为碳/碳复合材料。
6.一种如权利要求1所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚的制备方法，其特征在于，所述碳纤维布和所述碳纤维网胎中均包括碳纤维以及复合于所述碳纤维中的热固性固化剂；基于所述碳纤维布或所述碳纤维网胎的总质量，所述碳纤维的质量分数为30％～85％，所述热固性固化剂的质量分数为15％～70％。
8.根据权
9.一种用于合成碳化硅粉料的合成装置，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的用于合成碳化硅粉料的合成装置，其特征在于，还包括供气单元，所述供气单元与所述进气导管连通，用于向所述隔热腔内通入气体。
...【技术特征摘要】
1.一种用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述隔热室与所述坩埚本体为分体结构。
3.根据权利要求1所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述坩埚本体的容纳腔底壁在竖直方向的投影位于所述隔热腔底壁在竖直方向的投影范围之内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述进气导管设于所述隔热底板的底面中部；和/或
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚，其特征在于，所述坩埚的材质为碳/碳复合材料。
6.一种如权利要求1所述的用于合成碳化硅粉料的坩埚的制备方法，其特征在于，包...
【专利技术属性】
技术研发人员：李丙菊，吴海源，彭浩波，谭善宥，李军，廖寄乔，
申请(专利权)人：湖南金博碳基材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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