一种石英坩埚及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于坩祸制备技术领域，尤其涉及一种石英坩祸及其制备方法。
【背景技术】
[0002]石英坩祸亦可称为“熔融石英坩祸”、“石英玻璃坩祸”、“石英陶瓷坩祸”，以其良好的热震稳定性、较小的热膨胀系数、耐化学侵蚀等特点，被广泛应用于容纳需要在高温下熔融、分解或转化的材料。为了保证被容纳材料的纯度及其生产效率，需防止石英坩祸的内表面与容纳其中的材料发生物理或化学反应。
[0003]目前，多晶硅铸锭过程所用坩祸均为石英坩祸，在硅料融化和生长的十几个小时中，坩祸一般保持在1450°C?1550°C，传统的石英坩祸直接与硅液接触，在这样的条件下，首先，坩祸的成分会侵入多晶硅，使得硅锭外围受到污染而报废，并且也使其整体品质下降，其次，坩祸会和多晶硅料发生反应，生成一氧化硅(S1)，既污染硅液，又降低了坩祸的强度，增加破裂的风险，而且在以上条件下，多晶硅铸锭后极易和石英坩祸紧密结合，很难分开，增加了生产成本和难度。
[0004]针对以上问题，人们发明了一些坩祸内层涂覆方法，即在坩祸内壁涂覆上一层材料，用以阻止石英坩祸和硅料之间的互相侵蚀。
[0005]专利号为US5980629的美国专利公开了一种表面经过处理的坩祸，在坩祸的内壁和外壁都涂覆有碳酸钡涂层，在晶体生长过程中，坩祸内壁和外壁均形成一层致密均匀的方石英层，内壁的方石英层可减少结晶石英颗粒向熔融的半导体材料中释放，坩祸外壁的方石英层能加固所述石英坩祸的本体，增加其强度和使用寿命。该技术曾经在小尺寸单晶硅铸锭中被使用，但碳酸钡涂层的附着力太小，很容易在外力作用下剥落，在运输和装硅料过程中易被划伤，而且其有促进析晶的作用，对于多晶硅坩祸的大尺寸来讲，并不是一件好事，还会带入杂质，故在多晶硅铸锭用石英坩祸中已被淘汰。
[0006]公开号为CN202116689U的中国专利公开了一种复合石英i甘祸，其米用在i甘祸内壁镀碳膜的方式，抑制坩祸体内气泡的逸出，阻止硅单晶微缺陷的产生，同时阻止石英坩祸被高温的硅液腐蚀。但该镀膜技术成本太高，无法投入实际生产。
[0007]公开号为CN103506263A的中国专利公开了多晶硅坩祸喷涂免烘干的方法及氮化硅涂层，该专利将氮化硅、去离子水，硅溶胶混合混合后形成乳浆状溶液，混合好的溶液经过雾化后，喷涂到坩祸的内壁上，形成一层氮化硅的混合溶液薄膜，自然干燥后在坩祸表面形成氮化硅涂层其是目前多晶硅铸锭用坩祸的主要涂层方法，其和硅锭有良好的非浸润性，能帮助硅锭脱模，但是该方法仍存在涂层与基底结合力不足以及涂层不够致密等缺点。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种石英坩祸及其制备方法，该石英坩祸涂层结合力较强且致密性较好。
[0009]本发明提供了一种石英坩祸，包括:石英坩祸本体、依次涂覆在石英坩祸本体内壁的碳化硅涂层与氮化硅涂层；
[0010]所述碳化硅涂层包括碳化硅与二氧化硅；
[0011]所述氮化硅涂层包括氮化硅与二氧化硅。
[0012]优选的，所述碳化娃涂层的厚度为0.05?2mm。
[0013]优选的，所述氮化娃涂层的厚度为0.05?2mm。
[0014]优选的，所述碳化娃涂层与氮化娃涂层的总厚度为0.1?2_。
[0015]本发明还提供了一种石英坩祸的制备方法，包括:
[0016]A)将碳化硅与碳化硅稀释剂混合，得到碳化硅涂层浆料；
[0017]将氮化硅与氮化硅稀释剂混合，得到氮化硅涂层浆料；
[0018]所述碳化硅稀释剂与氮化硅稀释剂各自独立地为硅溶胶；
[0019]B)将所述碳化硅涂层浆料涂覆在石英坩祸本体的内壁上，干燥，然后涂覆所述氮化硅涂层浆料，干燥，得到石英坩祸。
[0020]优选的，所述碳化硅的质量为碳化硅涂层浆料质量的40%?80%。
[0021]优选的，所述碳化硅的粒径为D50 ( 100 μ m。
[0022]优选的，所述碳化硅稀释剂与氮化硅稀释剂中二氧化硅的质量浓度各自独立地为15%?50%。
[0023]优选的，所述氮化娃的质量为氮化娃涂层楽料质量的40%?80%。
[0024]优选的，所述氮化硅的粒径为D50 ( 100 μ m。
[0025]本发明提供了一种石英坩祸及其制备方法，该石英坩祸包括:石英坩祸本体、依次涂覆在石英坩祸本体内壁的碳化硅涂层与氮化硅涂层；所述碳化硅涂层包括碳化硅与二氧化硅；所述氮化硅涂层包括氮化硅与二氧化硅。与现有技术相比，本发明先在石英坩祸本体内壁涂覆一层碳化硅涂层，碳化硅在热导率、膨胀系数、密度、高温耐压强度等方面与氮化硅涂层接近，与石英坩祸本体结合力较强，并且其可在坩祸内壁形成致密的保护层；同时在碳化硅涂层上涂覆一层氮化硅涂层，使得石英坩祸既可有效阻止坩祸杂质对硅锭的污染，又具有良好的脱模作用。
【附图说明】
[0026]图1为本发明石英坩祸的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]本发明提供了一种石英坩祸，包括:石英坩祸本体、依次涂覆在石英坩祸本体内壁的碳化硅涂层与氮化硅涂层；
[0029]所述碳化硅涂层包括碳化硅与二氧化硅；
[0030]所述氮化硅涂层包括氮化硅与二氧化硅。
[0031]该石英坩祸的结构示意图如图1所示，其中I为石英坩祸本体，2为碳化硅涂层，3为氮化硅涂层。
[0032]所述石英坩祸本体为本领域技术人员熟知的无涂层的石英坩祸即可，对其形状及结构并没有特殊的限制，本发明优选采用注浆成型法或注凝成型法生产的石英坩祸。
[0033]所述碳化娃涂层的厚度优选为0.05?2mm，更优选为0.1?1.5mm，再优选为0.1?1_。所述碳化娃涂层包括碳化娃与二氧化娃，所述碳化娃与二氧化娃的质量比优选为(40?80): (3?30)，更优选为(40?60): (5?20)。
[0034]所述氮化娃涂层的厚度优选为0.05?2mm，更优选为0.1?1.5mm，再优选为0.1?1_。所述氮化娃涂层包括氮化娃与二氧化娃，所述氮化娃与二氧化娃的质量比优选为(40?80): (3?30)，更优选为(40?60): (5?20)。
[0035]所述碳化娃涂层与氮化娃涂层的总厚度优选为0.05?2_，更优选为0.1?2_，再优选为0.5?1.5mm。
[0036]本发明先在石英坩祸本体内壁涂覆一层碳化硅涂层，碳化硅在热导率、膨胀系数、密度、高温耐压强度等方面与氮化硅涂层接近，与石英坩祸本体结合力较强，并且其可在坩祸内壁形成致密的保护层，致密的涂层也阻止了硅液对于坩祸的侵蚀，减少了坩祸破裂的风险；同时在碳化硅涂层上涂覆一层氮化硅涂层，使得石英坩祸既可有效阻止坩祸杂质对硅锭的污染，又具有良好的脱模作用。
[0037]本发明还提供了一种上述石英坩祸的制备方法，包括:A)将碳化硅与碳化硅稀释剂混合，得到碳化硅涂层浆料；将氮化硅与氮化硅稀释剂混合，得到氮化硅涂层浆料；B)将所述碳化硅涂层浆料涂覆在石英坩祸本体的内壁上，干燥，然后涂覆所述氮化硅涂层浆料，干燥，得到石英坩祸；所述碳化硅稀释剂与氮化硅稀释剂各自独立地为硅溶胶。
[0038]将碳化硅与碳化硅稀释剂混合，得到碳化硅涂层浆料。其中，所述碳化硅的粒径优选为D50 ( 100 μ m，更优选为D50 < 50 μ m，再优选为D50 ^ 1ym ;所述碳化硅的质量优选为碳化硅涂层浆料的40 %?80 %，更优选为40 %?70 %，再优选为40 %?60 % ;所述碳化硅稀释剂为本领域技术人员熟知的硅溶胶即可，并无特殊的限制，本发明优选为二氧化硅含量为15wt%?5(^1:%的娃溶胶，更优选为二氧化娃含量为15wt%?40wt5"^^娃溶胶，再优选为15wt%? 30wt% ;所述二氧化娃优选为纳米级二氧化娃；所述碳化娃稀释剂的质量优选为碳化硅涂层浆料的20 %?60 %，更优选为30 %?60 %，再优选为40 %?60 %。将碳化娃与碳化娃稀释剂优选混合5?30min，更优选混合10?20min，即可得到碳化娃涂层浆料。
[0039]将氮化硅与氮化硅稀释剂混合，得到氮化硅涂层浆料。其中，所述氮化硅的粒径优选为D50 ( 100 μ m，更优选为D50 < 50 μ m，再优选为D50 ^ 1ym ;所述氮化硅