本發(fā)明涉及一種疊層涂層的制備方法，特別涉及一種石墨發(fā)熱體加熱爐內(nèi)碳素材料表面疊層sic-c涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

石墨具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，高溫強(qiáng)度好，在特種工業(yè)爐中常用石墨作為發(fā)熱體。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的全面發(fā)展，提煉單晶硅，單晶鍺，砷化鎵、磷化銦等材料的加熱爐選擇特種石墨作發(fā)熱體，一些特殊的工業(yè)爐和實(shí)驗(yàn)爐用炭布或石墨布作發(fā)熱體。除了石墨發(fā)熱體以外，石墨坩堝，炭素保溫材料等碳素材料在特種工業(yè)爐中大量使用，尤其是在半導(dǎo)體工業(yè)中的晶圓生長(zhǎng)爐中。碳素材料核心部件損耗占用晶圓制造成本很高比例，碳石墨材料部件用量極大，且屬于易耗件，這也是晶圓制造成本很難降低的原因之一。

目前，石墨發(fā)熱體加熱爐內(nèi)的熱場(chǎng)材料均為碳素材料，比如高強(qiáng)碳單質(zhì)材料、碳/碳復(fù)合材料，包括發(fā)熱體、導(dǎo)流管、坩堝等，表面均沒(méi)有施加陶瓷涂層。碳材料是人類(lèi)已知的熔點(diǎn)最高的材料，升華溫度達(dá)3550℃，因而廣泛用于高溫爐中用作熱場(chǎng)材料。然而，石墨發(fā)熱體加熱爐內(nèi)的碳素材料存在兩個(gè)方面的因素，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)損傷壽命縮短。

（1）碳材料在1450℃以上發(fā)生揮發(fā)現(xiàn)象，尤其是在低壓或真空環(huán)境中揮發(fā)更加嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)5000-6000小時(shí)后，表面產(chǎn)生大量凹坑，使其電阻、強(qiáng)度發(fā)生異化；

（2）硅原料熔化澄清過(guò)程中也產(chǎn)生揮發(fā)，硅蒸汽與碳材料表面接觸，發(fā)生反應(yīng)形成sic，由于生長(zhǎng)溫度高硅蒸汽濃度大，生成的sic顆粒也大，在循環(huán)加熱過(guò)程中脫落，造成碳素材料結(jié)構(gòu)損傷。

石墨發(fā)熱體加熱爐內(nèi)碳素材料經(jīng)過(guò)80爐后，碳素材料表面結(jié)構(gòu)將變得疏松或產(chǎn)生凹坑，不得不報(bào)廢。采用化學(xué)氣相沉積的方法在碳素材料表面合成碳化硅涂層，起到阻碳揮發(fā)、阻硅滲透的效果。阻碳揮發(fā)是保持碳素?zé)釄?chǎng)材料結(jié)構(gòu)完整性的核心技術(shù)，研究表明，碳化硅涂層可將碳揮發(fā)速率降低到1%以下，沒(méi)有碳的揮發(fā)，石墨發(fā)熱體加熱爐中也會(huì)大量減少sic納米沙粒，這些沙粒將極大地影響硅晶圓的品質(zhì)，從而達(dá)到純化的雙重目的。阻硅滲透是把碳材料與硅蒸汽隔離開(kāi)來(lái)，不使硅、碳反應(yīng)，從而避免對(duì)碳素?zé)釄?chǎng)材料的化學(xué)侵蝕，保持其結(jié)構(gòu)完整性。

化學(xué)氣相沉積技術(shù)本質(zhì)屬于原子范疇的氣態(tài)傳質(zhì)過(guò)程，利用碳化硅氣源氣體高溫分解形成含si基團(tuán)和含c基團(tuán)，在碳素材料表面沉積納米碳化硅涂層，但單層sic涂層隨著服役時(shí)間增加后，由于熱震產(chǎn)生的內(nèi)部熱應(yīng)力會(huì)形成一定貫穿裂紋，因此防護(hù)效果下降，為了避免這一問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)脈沖式化學(xué)氣相沉積法在碳素材料表面制備疊層分布的sic-c涂層，疊層sic涂層之間通過(guò)c界面層過(guò)渡，起到裂紋偏轉(zhuǎn)作用，不易形成貫穿裂紋，成為氧氣及其他氣體擴(kuò)散通道，進(jìn)行影響涂層對(duì)碳素材料的防護(hù)作用，并且有效地提高涂層高溫抗熱震性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，旨在提供一種石墨發(fā)熱體加熱爐內(nèi)碳素材料表面疊層sic-c涂層的制備方法，其特征在于，包括以下順序步驟：

（1）將石墨發(fā)熱體加熱爐高溫預(yù)處理，爐內(nèi)升溫至1800~2100℃，保溫2~5h，去除爐內(nèi)碳材料表面雜質(zhì)；

（2）將高溫處理過(guò)后的石墨發(fā)熱體加熱爐抽至10^-1~10pa，待爐內(nèi)氣壓穩(wěn)定后，升溫至1100~1250℃，升溫速率為6~10℃/min；

（3）然后通入氬氣，氬氣流量為800~1500ml/min，15~30min后開(kāi)始通入氫氣，氫氣流量為1000~1500ml/min，15~30min后待爐內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定后，開(kāi)始通入三氯甲基硅烷（mts），mts流量為100~500ml/min；

（4）待爐內(nèi)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)5~10h后，停止通入三氯甲基硅烷，15~30min后開(kāi)始通入丙烯氣體，丙烯氣體流量為50~200ml/min，氣相反應(yīng)熱解碳界面層，氫氣和氬氣繼續(xù)按原氣體流量通入；

（5）保持爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在900~1100℃，1~5h后停止通入丙烯氣體，15~30min后再次通入三氯甲基硅烷，三氯甲基硅烷流量為100~500ml/min，繼續(xù)反應(yīng)沉積sic涂層；

（6）重復(fù)（4）、（5）步驟5~10次后，停止通入三氯甲基硅烷，15~30min后停止通入氫氣，開(kāi)始降溫，氬氣繼續(xù)通入至爐內(nèi)溫度在450~650℃；

（7）至此，石墨發(fā)熱體加熱爐內(nèi)碳素材料表面疊層sic-c涂層制備完成。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)：1、化學(xué)氣沉積碳化硅涂層以及熱解碳層均勻致密，與基體結(jié)合力高；2、疊層碳化硅涂層相互起到裂紋偏轉(zhuǎn)作用，不易形成貫穿裂紋；3、熱解碳層作為碳化硅涂層之間過(guò)渡界面層，提高碳化硅涂層之間結(jié)合力。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定。

實(shí)施例1

（1）將石墨發(fā)熱體加熱爐高溫預(yù)處理，爐內(nèi)升溫至2000℃，保溫3h，去除爐內(nèi)碳材料表面雜質(zhì)；

（2）將高溫處理過(guò)后的石墨發(fā)熱體加熱爐抽至10^-1pa，待爐內(nèi)氣壓穩(wěn)定后，升溫至1150℃，升溫速率為8℃/min；

（3）然后通入氬氣，氬氣流量為1000ml/min，30min后開(kāi)始通入氫氣，氫氣流量為1000ml/min，30min后待爐內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定后，開(kāi)始通入三氯甲基硅烷（mts），mts流量為200ml/min；

（4）待爐內(nèi)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)10h后，停止通入三氯甲基硅烷，30min后開(kāi)始通入丙烯氣體，丙烯氣體流量為100ml/min，氣相反應(yīng)熱解碳界面層，氫氣和氬氣繼續(xù)按原氣體流量通入；

（5）保持爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在950℃，3h后停止通入丙烯氣體，15~30min后再次通入三氯甲基硅烷，三氯甲基硅烷流量為200ml/min，繼續(xù)反應(yīng)沉積sic涂層；

（6）重復(fù)（4）、（5）步驟6次后，停止通入三氯甲基硅烷，20min后停止通入氫氣，開(kāi)始降溫，氬氣繼續(xù)通入至爐內(nèi)溫度在450℃；

（7）至此，石墨發(fā)熱體加熱爐內(nèi)碳素材料表面疊層sic-c涂層制備完成。

實(shí)施例2

（1）將石墨發(fā)熱體加熱爐高溫預(yù)處理，爐內(nèi)升溫至2100℃，保溫2h，去除爐內(nèi)碳材料表面雜質(zhì)；

（2）將高溫處理過(guò)后的石墨發(fā)熱體加熱爐抽至10^-1pa，待爐內(nèi)氣壓穩(wěn)定后，升溫至1200℃，升溫速率為10℃/min；

（3）然后通入氬氣，氬氣流量為1200ml/min，30min后開(kāi)始通入氫氣，氫氣流量為1200ml/min，30min后待爐內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定后，開(kāi)始通入三氯甲基硅烷（mts），mts流量為400ml/min；

（4）待爐內(nèi)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)5h后，停止通入三氯甲基硅烷，30min后開(kāi)始通入丙烯氣體，丙烯氣體流量為200ml/min，氣相反應(yīng)熱解碳界面層，氫氣和氬氣繼續(xù)按原氣體流量通入；

（5）保持爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在1000℃，2h后停止通入丙烯氣體，30min后再次通入三氯甲基硅烷，三氯甲基硅烷流量為400ml/min，繼續(xù)反應(yīng)沉積sic涂層；

（6）重復(fù)（4）、（5）步驟8次后，停止通入三氯甲基硅烷，30min后停止通入氫氣，開(kāi)始降溫，氬氣繼續(xù)通入至爐內(nèi)溫度在500℃；

（7）至此，石墨發(fā)熱體加熱爐內(nèi)碳素材料表面疊層sic-c涂層制備完成。

上述僅為本發(fā)明的兩個(gè)具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)的范圍的行為。但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何形式的簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。