一種含鎢涂層坩堝的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種含鎢涂層坩堝的制備方法，包括如下步驟：（1)根據所需尺寸，通過特定加工工藝獲得所需的純鎢、純鉬或鉬合金坩堝基材；(2)將加工好的坩堝基材進行一定程度的表面毛化處理，隨后將表面清洗干凈，去除氧化層;(3)以六氟化鎢氣體為原料，氫氣為還原氣體，在350-60CTC基材溫度條件下，在坩堝基材表面進行化學氣相沉積（CVD)，以形成0.01-3mm厚度鎢涂層，即制得所述涂覆有鎢涂層的坩堝制品。利用高純高致密的CVD鎢涂層良好的耐金屬或非金屬溶液腐蝕的能力，達到對坩堝基體的保護作用，提高坩堝在金屬或非金屬熔煉及晶體生長等高溫環境下的使用壽命和性能。
【專利說明】一種含鎢涂層坩堝的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于冶金材料【技術領域】，具體涉及一種含鎢涂層坩堝及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 在涉及稀土熔煉、真空蒸鍍以及藍寶石長晶領域使用的坩堝，大都采用鎢鑰材質。 鎢的理論密度為19. 3g/cm3,熔點為3410°C。鑰的理論密度為10. 2g/cm3,熔點2610°C。當 前所應用的鎢，鑰及鑰合金坩堝多采用粉末冶金后，壓力加工方式獲得。
[0003] 鎢材料由于本身硬度高、脆性大，一般鑄鍛工藝難以加工成型，目前所用采用粉末 冶金方法制得的鶴纟甘禍，其最商密度可達到18. 9_19. Og/cm3,純度最商可為5N級左右。由 于燒結鎢制品本身組織不致密，存在顯微孔隙，在實際應用中極易被金屬及非金屬熔融液 的侵蝕而出現孔洞和裂紋；同時坩堝內部的雜質在高溫情況下，也易擴散到金屬及非金屬 熔液中，造成污染。另一方面，由于鎢粉的流動性較差，采用冷等靜壓工藝無法成形薄壁、復 雜形狀的坩堝制品。
[0004] 相較于純鎢材料來說，鑰的熔點較低，易于燒結和壓力加工，且常溫下鑰的塑形更 好，易于機加工，所以常用來制造鑰坩堝，包括燒結態的鑰坩堝、鍛造鑰棒加工的鑰坩堝、鑰 板旋壓坩堝等。鑰坩堝通常被用來作為金屬真空鍍膜，稀土元素熔煉及藍寶石長晶用高溫 容器，但由于鑰材料本身的化學性質較鎢更活潑，尤其是在高溫環境中應用過程中，易于被 金屬溶液侵蝕而出現裂紋或孔洞，導致金屬液滲漏，最終使得坩堝的使用壽命很短。
[0005] 當前，鑰坩堝多被用來作為藍寶石長晶爐高溫容器。盡管純鑰坩堝對于高溫氧化 鋁熔融液具有較好的耐蝕性能，但因其加工形態多為傳統的壓力加工方式（如旋壓鑰坩 堝），從微觀角度來看，內壁難免存在顯微缺陷，如孔洞，凹坑以及微起伏等。這些細微缺陷 在單晶體生長過程中，可能會引起熱流紊亂，并作為異質形核點，誘發多晶。
[0006] 表1是鎢鑰材料抵制不同金屬熔液腐蝕的能力比較。鎢材料的耐金屬熔液腐蝕的 能力，總體來看，要遠優于鑰材料。因此，將致密鎢材料良好的耐腐蝕性應用于燒結態鎢坩 堝、鑰坩堝或加工態的鑰坩堝上，是提高坩堝使用壽命的關鍵。
[0007] 表1 :鎢鑰材料面對不同金屬熔液的耐腐蝕能力
[0008]
【權利要求】
1. 一種含鎢涂層坩堝的制備方法，其特征在于：包括如下步驟： (1) 將加工態純鎢，純鑰或鑰合金，加工成所需幾何形狀和尺寸的坩堝基材； (2) 將坩堝內外表面采用砂紙進行打磨，或采用噴砂工藝，去除表面氧化層，隨后進行 超聲波堿洗，超聲丙酮清洗除油，再依次用超純水，分析純酒精進行清洗，吹干； ⑶以六氟化鎢（WF6)氣體為原料，以氫氣（H2)為還原氣體，在350-600°C的基材溫度 條件下，在坩堝表面進行化學氣相沉積（CVD)，所述通入的H2和WF6的摩爾比為1:2-3. 5,化 學氣相沉積的沉積速率為〇. 2-0. 6mm/h ;形成0. Ol-5mm厚度的鎢（W)涂層，即制得涂覆有 CVD-W涂層的坩堝部件； (4) 反應完成后，關閉WF6，停止加熱，繼續通入氫氣至爐內溫度降至KKTC以下，改通氮 氣冷卻至室溫，然后拆爐，取出樣品，即制得內外表面均涂覆鎢涂層的鎢坩堝部件； (5) 將涂覆有純鎢涂層的坩堝部件放入真空退火爐，抽真空至IXKT3Pa以下，以 50-500°C /h升溫至600-1800°C，保溫0. 5-5h，隨后以150-250°C /h緩慢降至室溫，即獲得 涂覆有純鶴涂層的鶴i甘禍制品。
2. 如權利要求1所述一種含鎢涂層坩堝的制備方法，其特征在于：所述坩堝基材形狀 包括如下形狀：如圓筒形、方形、錐形或球形。
3. 如權利要求1所述一種含鎢涂層坩堝的制備方法，其特征在于：所述步驟（2)中 將坩堝基材進行超聲波堿洗工藝去除表面氧化層，所述的堿包括NaOH溶液；堿液濃度為 0·1-lmol/Lo
4. 如權利要求1所述一種含鎢涂層坩堝的制備方法，其特征在于：所述步驟（3)中坩 堝基材溫度為400-580°C。
5. 如權利要求1所述一種含鎢涂層坩堝的制備方法，其特征在于：所述步驟（3)中六 氟化鎢和氫氣的純度至少為99. 99%;通入CVD反應器前，六氟化鎢溫度高于45°C而低于其 分解溫度，壓力為70-120kPa。
6. 如權利要求1所述一種含鎢涂層坩堝的制備方法，其特征在于：步驟（3)中所述通 入的H2和WF6的摩爾比為1:2. 5-3. 0,化學氣相沉積的沉積速率為0. 3-0. 5mm/h。
7. 如權利要求1所述一種含鎢涂層坩堝的制備方法，其特征在于：所述步驟（3)的鎢 涂層厚度為0. 05-2. 5mm。
8. 如權利要求1所述一種含鎢涂層坩堝的制備方法，其特征在于：針對所述鎢、鑰及鑰 合金坩堝，對內外表面分別或同時涂覆0. 〇l_3mm厚度的CVD-W涂層。
9. 如權利要求1所述一種含鎢涂層坩堝的制備方法，其特征在于：所述鎢，鑰及鑰合金 坩堝內外表面及不同部位涂覆具有一定厚度差異的鎢涂層。
10. 如權利要求1所述一種含鎢涂層坩堝的制備方法，其特征在于：所述步驟（4)中對 涂覆鎢涂層坩堝進行真空退火處理，退火溫度為1000-1500°C，退火時間1-3小時。
【文檔編號】C23C16/14GK104213096SQ201410394374
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月12日 優先權日:2014年8月12日
【發明者】顏彬游, 宋久鵬, 呂延偉, 劉俊勇, 于洋 申請人:廈門虹鷺鎢鉬工業有限公司