一种防硅蒸气腐蚀的涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及防硅蒸气腐蚀领域，具体是一种防硅蒸气腐蚀石墨坩祸的涂层的制备方法。
【背景技术】
[0002]在我国，太阳能光伏行业的发展带动了如单晶硅、多晶硅等多种硅行业的快速发展。目前我国产能已经超过世界总产能的一半以上。这些行业中，普遍涉及到高温环境，所以大多采用进口等静压石墨或是国产三高石墨，需要他们有更高的寿命，其主要原因是光伏行业的价格不断下降，需要各个产业链降低成本，而石墨坩祸是非常重要的一个工装，作为主要耗材，提高石墨坩祸的寿命可以明显降低成本，所以如何提高石墨坩祸的寿命是一个重要议题。为解决这个问题先后开展了大量的研宄工作，CN102586754A提供了一种制备氮化硼涂层的方法，该方法是采用化学气相沉积工艺，以氮气为保护气体，以氨气和气态BCl2S反应气，在石墨坩祸上沉积热解氮化硼涂层，其中，于温度1750?1850°C条件下在基体模具上先沉积0.05?0.1mm的热解氮化硼预涂层，并对该预涂层进行保温处理，然后继续升温到1800?200(TC，再在热解氮化硼涂层上按现有技术参数反应沉积热解氮化硼涂层，形成氮化硼坩祸制品，该方法制备涂层周期长、成本高昂且受设备影响较大，不利于应用推广；CN103084325A公开了一种坩祸及其涂层的方法中，公开的涂层配方包括六方氮化硼和纯水以及粘合剂，粘合剂为硅溶胶或聚乙烯醇，该发明的粘合剂之一硅溶胶承受高温为1500?1600°C，温度过高就会失去粘结性，致使氮化硼涂层脱落失去防护作用，涂层高温性能差，而另一种粘合剂聚乙烯醇吸入、摄入或经皮肤吸收后对身体有害，对眼睛和皮肤有刺激作用。
【发明内容】
[0003]为克服现有技术中存在的成本高、高温性能差和对人体健康不利的不足，本发明提出了一种防硅蒸气腐蚀的涂层及其制备方法。
[0004]本发明由15?35%的六方氮化硼、I?10%的乙醇、I?10%的丙三醇和50?80%的稀释剂，所述的百分比为质量百分比，百分比总量为百分之百。
[0005]所述六方氮化硼，纯度含量多99%;所述乙醇纯度含量多99%;所述丙三醇纯度含量多99% ;所述稀释剂为蒸馏水或去离子水。
[0006]本发明提出的制备所述防硅蒸气腐蚀的涂层的具体步骤是:
[0007]步骤I，比例称量物料；
[0008]步骤2，制备溶液:将称量的稀释剂放入烧杯内，向所述烧杯内加入称量好的乙醇和丙三醇。对所述烧杯加热至30?35°C后搅拌混合均匀；得到混合均匀的溶液。
[0009]步骤3，制备涂料:将称量好的六方氮化硼加入得到的溶液中并搅拌至溶液成为粘度为20?25s的糊状，得到制备好的涂料。
[0010]步骤4，调整溶液的pH值:在得到的涂料中加入NaOH，以调整溶液的pH值，使得溶液的pH = 8?11。
[0011]步骤5，制备涂层:将pH值=8?11的涂料均匀涂刷在清洗干净并烘干的石墨坩祸表面，并置于常温下，使涂刷在该坩祸表面的涂料自然风干，在该坩祸表面形成防硅蒸气腐蚀的涂层。
[0012]制备溶液时和制备涂料时，搅拌器的转速均为200?280r/min，搅拌时间均为4?6min0
[0013]本发明提出的防硅蒸气腐蚀石墨坩祸的涂层在1700°C以上高温硅蒸气气氛下保护石墨坩祸的涂层，使石墨坩祸表面受到很大程度的保护，降低了硅蒸气的腐蚀，也可以在生产单晶硅所用的保温桶、加热器、坩祸等主要石墨工装表面使用；在成本增加不大的情况下，能够使这些石墨工装寿命提高50%?100%，显著延长石墨工装的使用寿命，并具有工艺过程简单和成本低的特点，适宜于推广应用，高温性能好，对人体无危害。
[0014]本发明选用六方氮化硼，六方氮化硼具有白色石墨之称，具有类石墨的层状结构，有良好的润滑性、导热性、电绝缘性和耐化学腐蚀性。化学性质稳定对所有熔融金属呈化学惰性，在氮气压力下熔点为3000°C，在大气压下2500°C升华，在但和氩气中使用熔点为3000°C，在氩气气氛下2700°C仍是稳定的，真空环境中1800°C可以长期使用，长时间超过1800°C会慢慢分解。高温熔融渗硅是在1800°C以下完成的，所以在整个过程中，氮化硼涂层都能很好的防止硅蒸气腐蚀坩祸；选用乙醇、丙三醇为分散剂，有助于氮化硼粉体均匀的分散在稀释剂中；低温时可作为粘结剂，使氮化硼紧紧依附在石墨坩祸表面，乙醇、丙三醇作为有机溶剂，高温时可以发生裂解，与硅蒸气作用生成碳化硅涂层架构，一方面起到保持氮化硼与石墨坩祸的粘接作用，另一方面碳化硅涂层自身也能防止硅蒸气对石墨坩祸的腐蚀；由于六方氮化硼在水中会发生水解形成硼酸，所以调整溶液的pH，阻止硼酸的形成。采用本发明的涂层后，在高温使用过程中石墨坩祸的开裂状态大为好转，开裂比例由原来的90 %降低到5 %左右，延长了石墨坩祸的使用寿命，操作过程中没有有害物质，对操作人员身体没有损害。
【具体实施方式】
[0015]实施例1
[0016]本实施例是一种防硅蒸气腐蚀的涂层，采用六方氮化硼、乙醇、丙三醇以及稀释剂搅拌均匀后配制而成，所述各物料的质量百分比为:六方氮化硼为15%、乙醇为2%、丙三醇为3 %和稀释剂为80 %，稀释剂为蒸馏水或去离子水。本实施例中，所述稀释剂为蒸馏水。
[0017]本实施例还提出了一种制备所述防硅蒸气腐蚀涂层的方法，具体步骤是:
[0018]步骤1，比例称量物料:包括15%的六方氮化硼、2%的乙醇、3%的丙三醇和80%的稀释剂。本实施例中，所述稀释剂为去离子水。
[0019]步骤2，制备溶液:将称量的稀释剂放入烧杯内，向所述烧杯内加入称量好的乙醇和丙三醇。对所述烧杯加热至30?35°C后，采用DJlC增力电动搅拌器进行搅拌混合均匀；搅拌器转速为200?280r/min，搅拌时间4?6min ;得到混合均勾的溶液。本实施例中，烧杯加热温度为30°C，搅拌器转速为200r/min，搅拌时间6min.
[0020]步骤3，制备涂料:将称量好的六方氮化硼加入至得到的溶液中，采用DJlC增力电动搅拌器进行搅拌，所述搅拌器的转速为200?280r/min，并连续搅拌4?6min，直到溶液成为糊状。采用流出杯法检测溶液的粘度，通过涂4-杯法测添加有六方氮化硼的溶液的粘度为20?25s，停止搅拌；得到制备好的涂料。本实施例中，搅拌器的转速为200r/min，并连续搅拌6min ;溶液的粘度为20s。
[0021]步骤4，调整溶液的pH值:在得到的涂料中加入NaOH，以调整溶液的pH值，使得pH=8?11。本实施例中，溶液的pH值=8。
[0022]步骤5，制备涂层:将石墨坩祸清洗干净后烘干，烘干温度为40?140°C ;将pH值=8的涂料均匀涂刷在石墨坩祸表面。将表面涂刷有涂料的坩祸置于常温下，使涂刷在该坩祸表面的涂料自然风干，在该坩祸表面形成防硅蒸气腐蚀的涂层。本实施例中，石墨坩祸的烘干温度为40°C ;
[0023]采用本实施例涂层的石墨坩祸能够防止硅蒸气腐蚀，在高温使用过程中石墨坩祸的开裂状态大为好转，开裂比例由原来的90%降低到5%，延长了石墨坩祸的使用寿命，操作过程中没有有害物质，对操作人员身体没有损害。
[0024]实施例2
[0025]本实施例是一种防硅蒸气腐蚀的涂层，采用六方氮化硼、乙醇、丙三醇以及稀释剂搅拌均匀后配制而成，所述各物料的质量百分比为:六方氮化硼为20%、乙醇为5%、丙三醇为5 %和稀释剂为70 %，稀释剂为蒸馏水或去离子水。本实施例中，所述稀释剂为去离子水。
[0026]本实施例还提出了一种制备所述防硅蒸气腐蚀涂层的方法，具体步骤是:
[0027]步骤1，比例称量物料:包括20%的六方氮化硼、5%的乙醇、5%的丙三醇和70%的稀释剂。
[0028]步骤2，制备溶液:将称量的稀释剂放入烧杯内，向所述烧杯内加入称量好的乙醇和丙三醇。对所述烧杯加热至30?35°C后，采用DJlC增力电动搅拌器进行搅拌混合均匀；搅拌器转速为200?280r/min，搅拌时间4?6min ;得到混合均勾的溶液。本实施例中，烧杯加热温度为32°C，搅拌器转速为220r/min，搅拌时间6min.<