[go: up one dir, main page]

RU2008298C1 - Method of impregnating hollow articles of porous material containing silicon carbide and/or carbon with silicon and device for effecting the same - Google Patents

Method of impregnating hollow articles of porous material containing silicon carbide and/or carbon with silicon and device for effecting the same Download PDF

Info

Publication number
RU2008298C1
RU2008298C1 SU4930445A RU2008298C1 RU 2008298 C1 RU2008298 C1 RU 2008298C1 SU 4930445 A SU4930445 A SU 4930445A RU 2008298 C1 RU2008298 C1 RU 2008298C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
product
products
carbon
temperature
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.Ф. Богатырев
Н.И. Блецкан
А.А. Глаговский
Э.В. Гранковский
А.В. Журкин
В.Н. Федоренко
М.П. Чертков
А.Н. Ширинкин
Original Assignee
Чертков Михаил Петрович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Чертков Михаил Петрович filed Critical Чертков Михаил Петрович
Priority to SU4930445 priority Critical patent/RU2008298C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2008298C1 publication Critical patent/RU2008298C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: production of refractory articles. SUBSTANCE: method involves the steps of: applying silicon melt supplied through a member with capillary structure at temperature of an article to be impregnated of 1260-1400 degrees C and a temperature of the melt of 1430-1700 degrees C and keeping the article, cooling at axial temperature gradient in the article of 25-60 degrees C/m. Device for impregnating hollow articles with silicon has a hermetically sealed chamber, cylindrical resistive heater, crucible, feeder mounted in the chamber. The feeder is made of material with capillary structure. The device furthermore is provided with a support and shield, the shield thickness being variable in height and determined from the expression given in the invention description. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству огнеупорных изделий на основе карбида кремния и/или углерода, например, высокочистых изделий из силицированного графита или карбидкремний-кремниевых изделий для полупроводниковой технологии, в частности, изготовления оснастки для процессов диффузии и окисления в технологии производства ИС. The invention relates to the production of refractory products based on silicon carbide and / or carbon, for example, high-purity products from siliconized graphite or silicon carbide-silicon products for semiconductor technology, in particular, the manufacture of equipment for diffusion and oxidation processes in IP manufacturing technology.

Известен способ пропитки изделий на основе карбида кремния или изготовления спецтехнологической оснастки (муфели, реакторы, носители и т. д. ) для высокотемпературных процессов производства ИС. Пропитку изделий по данному способу проводят в два этапа. На первом этапе изделие подвергают термообработке в протоке кремнийорганического соединения и водорода, формируя на его поверхности слой кремния. Затем в неокислительной атмосфере изделие нагревают выше температуры плавления кремния, который заполняет межзеренное пространство изделия [1] . A known method is the impregnation of products based on silicon carbide or the manufacture of special technological equipment (muffles, reactors, carriers, etc.) for high-temperature processes for the production of IP. The impregnation of products by this method is carried out in two stages. At the first stage, the product is subjected to heat treatment in the flow of organosilicon compounds and hydrogen, forming a silicon layer on its surface. Then, in a non-oxidizing atmosphere, the product is heated above the melting temperature of silicon, which fills the intergranular space of the product [1].

Недостатками такого способа являются низкая производительность и сложность технологического процесса, не позволяющая с достаточной точностью контролировать количество осажденного на поверхность изделия кремния. Это приводит либо к неполному заполнению пор кремнием, либо к образованию капель на поверхности изделия. The disadvantages of this method are the low productivity and complexity of the process, not allowing with sufficient accuracy to control the amount deposited on the surface of the silicon product. This leads either to incomplete filling of pores with silicon, or to the formation of droplets on the surface of the product.

Известен также способ пропитки изделий из пористого углеродного материала погружением их в расплав кремния в безокислительной атмосфере с целью их полной пропитки по всему объему [2] . Способ позволяет получать изделия хорошего качества с полным заполнением пор углеродной основы кремнием. There is also a method of impregnating products from a porous carbon material by immersing them in a silicon melt in a non-oxidizing atmosphere in order to completely impregnate them throughout the volume [2]. The method allows to obtain products of good quality with a complete filling of the pores of the carbon base with silicon.

Однако этот способ неприемлем для пропитки тонкостенных изделий. Такие изделия обычно разрушаются или деформируются при погружении или извлечении из расплава. Кроме того, способ сложен в осуществлении, так как в примере установки необходимо иметь резервуар с расплавом кремния большего, чем изделие объема и механические устройства для погружения и извлечения изделий. Трудность аппаратурного оформления способа возрастает с увеличением габаритов пропитываемых изделий. However, this method is not acceptable for the impregnation of thin-walled products. Such products usually collapse or deform when immersed or removed from the melt. In addition, the method is difficult to implement, since in the installation example it is necessary to have a tank with a molten silicon larger than the product volume and mechanical devices for immersing and removing products. The difficulty of the hardware design of the method increases with increasing dimensions of the impregnated products.

Наиболее близким по технической сущности является способ пропитки кремнием полых пористых изделий в безокислительной среде путем контактирования нагретого материала с перегретым расплавом кремния. Подачу кремния к изделию производят с помощью питателя, представляющего собой ленту из углеграфитового войлока. При этом температура кремния 1430-1700оС, изделия 1260-1400оС. После окончания пропитки проводят охлаждение изделия и расплава, во время которого происходит кристаллизация кремния в изделии [3] .The closest in technical essence is the method of silicon impregnation of hollow porous products in a non-oxidizing medium by contacting the heated material with an overheated molten silicon. The supply of silicon to the product is carried out using a feeder, which is a ribbon of carbon-graphite felt. When this silicon temperature 1430-1700 ° C, products 1260-1400 C. After the impregnation is carried out and the cooling of the product melt, which takes place during crystallization of silicon in item [3].

Для реализации указанного способа используют устройство для пропитки кремниевых полых изделий из пористого материала, содержащее герметичную камеру, установленные в ней цилиндрический резистивный нагреватель, тигель для расплава кремния, питатель для подачи расплава кремния из тигля, выполненный из материала с капиллярной структурой, и цилиндрический экран, имеющий постоянную толщину стенки [3] . To implement this method, a device is used to impregnate silicon hollow articles made of porous material, containing a sealed chamber, a cylindrical resistive heater installed in it, a crucible for silicon melt, a feeder for supplying silicon melt from the crucible made of a material with a capillary structure, and a cylindrical screen, having a constant wall thickness [3].

Недостатком известного способа и устройства является низкое качество поверхности пропитанных кремнием изделий, обусловленное следующими причинами. Поскольку тепловой узел имеет характерный температурный профиль с максимумом температуры в средней части и минимумом по краям нагревателя, то кристаллизация кремния проходит от краев изделия к середине, так как кремний, увеличиваясь в объеме, оттесняется к средней части изделия и на последней стадии выделяется в виде капель как на внешней, так и на внутренней поверхностях изделия. The disadvantage of this method and device is the low surface quality of silicon-impregnated products, due to the following reasons. Since the thermal unit has a characteristic temperature profile with a maximum temperature in the middle part and a minimum along the edges of the heater, the crystallization of silicon passes from the edges of the product to the middle, as silicon, increasing in volume, is pushed to the middle part of the product and is released as drops in the last stage both on the external and internal surfaces of the product.

Для снятия капель используют механическую обработку абразивным инструментом. Обработка внутренней поверхности в средней части, особенно длинномерных изделий, крайне затруднительна, трудоемка и часто приводит к их разрушению. Кроме того, получение изделий сложной формы практически невозможно из-за больших технических сложностей, связанных с мехобработкой внутренней поверхности. To remove the drops using mechanical processing with an abrasive tool. Processing the inner surface in the middle part, especially long products, is extremely difficult, time-consuming and often leads to their destruction. In addition, obtaining products of complex shape is almost impossible due to the great technical difficulties associated with machining the inner surface.

Целью изобретения является улучшение качества поверхности изделий. The aim of the invention is to improve the surface quality of products.

На чертеже показано предлагаемое устройство. The drawing shows the proposed device.

Устройство для пропитки кремниевых полых изделий из пористого материала содержит герметичную камеру 1, внутри которой размещены цилиндрический резистивный нагреватель 2, экран 3 переменной толщины, тигель 4, питатель 5, один конец которого находится внутри тигля 4, а другой между дном тигля и торцом пропитываемого изделия 6, установленного на подставке 7. При расположении тигля 4 над изделием 6 тигель может быть установлен, например, на диске 8, под который и заправляется конец питателя 5, контактирующий с изделием 6. A device for impregnating silicon hollow articles made of porous material contains a sealed chamber 1, inside which a cylindrical resistive heater 2, a screen 3 of variable thickness, a crucible 4, a feeder 5, one end of which is inside the crucible 4 and the other between the bottom of the crucible and the end of the impregnated product are placed 6 mounted on the stand 7. When the crucible 4 is located above the product 6, the crucible can be installed, for example, on the disk 8, under which the end of the feeder 5, which is in contact with the product 6, is tucked.

Способ некритичен к взаимному расположению тигля и пропитываемого изделия. Пропитку можно осуществлять как из тигля, расположенного над изделием (рассматриваемый пример), так и из тигля, расположенного под изделием. The method is not critical to the relative position of the crucible and the impregnated product. The impregnation can be carried out both from the crucible located above the product (the example under consideration), and from the crucible located under the product.

В качестве питателя могут использоваться ленты (не менее двух) из углеграфитового войлока или графитовой ткани. Tapes (at least two) made of carbon-graphite felt or graphite fabric can be used as a feeder.

Применение цилиндрического экрана 3, имеющего высоту не менее высоты изделия и толщину стенки b= 30

Figure 00000001
[(H-h)/H-0,1] , обеспечивает создание необходимого (25-60оС м-1) осевого градиента температуры в изделии.The use of a cylindrical screen 3 having a height of not less than the height of the product and the wall thickness b = 30
Figure 00000001
[(Hh) / H-0,1], provides the creation of the necessary (25-60 about With m -1 ) axial temperature gradient in the product.

Пределы изменения толщины экрана обусловлены следующими причинами:
- при толщине менее 30

Figure 00000002
[(H-h)/H+0,1] не обеспечивается нижний предел осевого градиента в изделии, т. е. 25оС м-1;
- при толщине более
Figure 00000003
[(H-h)/H+0,1] градиент температуры превышает максимально допустимый, т. е. 60оС м-1.The limits for changing the screen thickness are due to the following reasons:
- with a thickness of less than 30
Figure 00000002
[(Hh) / H + 0.1] the lower limit of the axial gradient in the product is not provided, that is, 25 ° C m -1 ;
- with a thickness of more
Figure 00000003
[(Hh) / H + 0,1 ] temperature gradient exceeds the maximum, ie. E. C. 60 m -1.

П р и м е р 1. Пропитывают цилиндрическую трубку длиной 400 мм, диаметром 165 мм, с толщиной стенки 5 мм, изготовленную из спрессованной смеси порошков карбида кремния марки М-28 и КЗ-6 в соотношении 1: 2,5 соответственно, с добавлением 5-6% пульвербакелита ОСТ 6-05-441-78 марки СФП-ОПА и подвергнутого термообработке при 200 и 900оС.PRI me R 1. Impregnate a cylindrical tube 400 mm long, 165 mm in diameter, with a wall thickness of 5 mm, made of a compressed mixture of powders of silicon carbide grade M-28 and KZ-6 in a ratio of 1: 2.5, respectively, the addition of 5-6% pulverbakelite OST 6-05-441-78 brand SFP-OPA and subjected to heat treatment at 200 and 900 about C.

Пропитку осуществляют в вакууме в герметичной камере 1 с резистивным цилиндрическим нагревателем 2. Изделие 6 и экран 3 с переменной толщиной стенки, определяемой формулой b= 35,4[(400-h)/400+0,1] , устанавливают на подставку 7. На верхний торец изделия 6 накладывают пять питателей 5 в виде лент из углеграфитового войлока, имеющего капиллярную структуру. Одни концы лент прижимают диском 8 из силицированного графита, на который устанавливают тигель 4 и заправляют в него противоположные концы лент. В тигель 4 засыпают куски кремния. Печь нагревают при постоянной мощности на нагревателе 2 со скоростью 30 град/мин. The impregnation is carried out in vacuum in a sealed chamber 1 with a resistive cylindrical heater 2. The product 6 and the screen 3 with a variable wall thickness defined by the formula b = 35.4 [(400-h) / 400 + 0.1] are mounted on a stand 7. Five feeders 5 are laid on the upper end of the article 6 in the form of ribbons of carbon-graphite felt having a capillary structure. Some ends of the tapes are pressed with a disk 8 of siliconized graphite, onto which the crucible 4 is mounted and the opposite ends of the tapes are tucked into it. Pieces of silicon are poured into crucible 4. The furnace is heated at constant power on the heater 2 at a speed of 30 deg / min.

Температура изделия 6 перед пропиткой 1350оС. Температура расплава 1600оС. Пропитку продолжают 18 мин при постоянной мощности на нагревателе 2. После окончания пропитки выключают нагрев печи. В процессе естественного охлаждения в изделии 6 создается осевой градиент температуры ▽ Т= 45о C·м-1. Качество поверхности изделия 6 хорошее. Капли и напрывы как внутри трубы, так и снаружи отсутствуют. На нижнем торце выступило несколько капель, которые легко были удалены абразивным инструментом.The temperature of the product 6 before impregnation 1350 C. The melt temperature of 1600 C. The impregnation was continued for 18 min at constant power to the heater 2. When the closure impregnation furnace heating is turned off. In the process of natural cooling in the product 6 creates an axial temperature gradient ▽ T = 45 about C · m -1 . The surface quality of the product 6 is good. Drops and tears both inside the pipe and outside are absent. At the bottom there were a few drops that were easily removed with an abrasive tool.

По данному примеру было получено 10 труб. Выход годных после механической обработки составил 95% , что на 25% выше, чем по прототипу после проведения механической обработки (в прототипе в годную часть засчитывались изделия, имеющие на поверхности капли и напрывы кремния, потери на механической обработке изделий при определении процента выхода годных не учитывались). In this example, 10 pipes were obtained. The yield after machining was 95%, which is 25% higher than the prototype after machining (in the prototype, products having silicon droplets and flows on the surface were counted, losses on machining of the products when determining the percent yield were not taken into account).

П р и м е р 2. Пропитку цилиндрической трубы длиной 400 мм, изготовленной по примеру 1, осуществляют аналогично примеру 1. Используют экран 3 с переменной толщиной стенки, определенной по формуле b= 30,6[(400-h)/400 + 0,1] . PRI me R 2. The impregnation of a cylindrical pipe with a length of 400 mm, made according to example 1, is carried out analogously to example 1. Use a screen 3 with a variable wall thickness, determined by the formula b = 30.6 [(400-h) / 400 + 0,1].

Температура изделия 6 перед пропиткой 1400оС. Температура расплава 1430оС. В процессе охлаждения в изделии 6 создают осевой градиент ▽ Т= 25о С˙м-1. После окончания процесса труба имеет капли на расстоянии 7 мм от нижнего торца. После обрезания 7 мм годная часть с хорошим качеством поверхности составила 393 мм.The temperature of the product 6 before impregnation of 1400 about C. The melt temperature of 1430 about C. In the cooling process in the product 6 create an axial gradient ▽ T = 25 about S · m -1 . After the end of the process, the pipe has drops at a distance of 7 mm from the lower end. After trimming 7 mm, the usable part with good surface quality was 393 mm.

По данному примеру получено 5 труб диаметром 165 мм. Выход годных составил 92% . In this example, 5 pipes with a diameter of 165 mm were obtained. The yield was 92%.

Остальные примеры выполнения представлены в таблице. Other examples of execution are presented in the table.

Из приведенных примеров видно, что использование изобретения (см. примеры N 1-3) позволяет получать изделия с хорошим качеством поверхности, что обеспечивает высокий выход годных. From the above examples it is seen that the use of the invention (see examples N 1-3) allows to obtain products with good surface quality, which ensures high yield.

При выходе за предельные значения осевого температурного градиента (см. примеры N 4, 5) цель изобретения не достигается. (56) Заявка Японии N 62-22950, кл. С 04 В 35/56, 20.05.87. When exceeding the limit values of the axial temperature gradient (see examples N 4, 5), the purpose of the invention is not achieved. (56) Japanese Application N 62-22950, cl. C 04 B 35/56, 05.20.87.

Технологический процесс N 4807-72-81 Челябинского электродного завода, утвержденный 11.12.78. The technological process N 4807-72-81 of the Chelyabinsk electrode plant, approved 11.12.78.

Авторское свидетельство СССР N 1243311, кл. С 04 B 35/56, 1984.  USSR copyright certificate N 1243311, cl. C 04 B 35/56, 1984.

Claims (2)

1. Способ пропитки кремнием полых изделий из пористого материала, содержащего карбид кремния и/или углерод, в безокислительной среде путем приведения изделия в контакт с расплавом кремния с помощью элемента с капиллярной структурой, нагрева кремния до 1430 - 1700oС и изделия до 1260 - 1400oС, выдержки при указанных температурах и охлаждения, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества поверхности изделий, охлаждение проводят при осевом градиенте температуры в изделии 25 - 60oС · м-1.1. The method of silicon impregnation of hollow articles of a porous material containing silicon carbide and / or carbon in a non-oxidizing medium by bringing the product into contact with a silicon melt using an element with a capillary structure, heating silicon to 1430 - 1700 o C and products to 1260 - 1400 o C, holding at the indicated temperatures and cooling, characterized in that, in order to improve the surface quality of the products, cooling is carried out at an axial temperature gradient in the product of 25-60 o C · m -1 . 2. Устройство для пропитки кремнием полых изделий из пористого материала, содержащего карбид кремния и/или углерод, включающее герметичную камеру, установленные в ней цилиндрический резистивный нагреватель, тигель, питатель, выполненный из материала с капиллярной структурой, подставку и экран, расположенный между нагревателем и изделием, имеющий высоту не менее высоты изделия, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества поверхности изделий, экран выполнен переменной толщины b по высоте, определяемой по формуле
b= 30
Figure 00000004
[(H-h)/H-0,1]
где T1 - температура изделия, oС;
T2 - температура расплава, oС;
H - высота экрана, мм;
h - расстояние от основания экрана, мм;
30 - экспериментальный коэффициент, мм.
2. A device for silicon impregnation of hollow articles of a porous material containing silicon carbide and / or carbon, including a sealed chamber, a cylindrical resistive heater, a crucible, a feeder made of a material with a capillary structure, a stand and a screen located between the heater and product having a height not less than the height of the product, characterized in that, in order to improve the quality of the surface of the products, the screen is made of variable thickness b in height, determined by the formula
b = 30
Figure 00000004
[(Hh) / H-0.1]
where T 1 is the temperature of the product, o C;
T 2 - melt temperature, o C;
H - screen height, mm;
h is the distance from the base of the screen, mm;
30 - experimental coefficient, mm.
SU4930445 1991-04-22 1991-04-22 Method of impregnating hollow articles of porous material containing silicon carbide and/or carbon with silicon and device for effecting the same RU2008298C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4930445 RU2008298C1 (en) 1991-04-22 1991-04-22 Method of impregnating hollow articles of porous material containing silicon carbide and/or carbon with silicon and device for effecting the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4930445 RU2008298C1 (en) 1991-04-22 1991-04-22 Method of impregnating hollow articles of porous material containing silicon carbide and/or carbon with silicon and device for effecting the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2008298C1 true RU2008298C1 (en) 1994-02-28

Family

ID=21571388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4930445 RU2008298C1 (en) 1991-04-22 1991-04-22 Method of impregnating hollow articles of porous material containing silicon carbide and/or carbon with silicon and device for effecting the same

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2008298C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0636700A3 (en) * 1993-07-29 1995-10-11 Shinetsu Chemical Co Method and apparatus for preparing metal-ceramic composites.
RU2179541C2 (en) * 1995-11-14 2002-02-20 Сосьете Насьональ Д'Этюд э де Констрюксьон де Мотер Д'Авиасьон "СНЕКМА" Method of introducing melted metal-based composition into porous substrates
RU2620688C1 (en) * 2016-04-25 2017-05-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Method of producing full resistance heaters on the basis of carbon-cyber-bicycle material
RU2623391C2 (en) * 2015-11-27 2017-06-26 Общество с ограниченной ответственностью "Керамические технологии" Method of impregnation with silicon of hollow articles from porous material containing silicon carbide and device for its implementation

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0636700A3 (en) * 1993-07-29 1995-10-11 Shinetsu Chemical Co Method and apparatus for preparing metal-ceramic composites.
RU2179541C2 (en) * 1995-11-14 2002-02-20 Сосьете Насьональ Д'Этюд э де Констрюксьон де Мотер Д'Авиасьон "СНЕКМА" Method of introducing melted metal-based composition into porous substrates
RU2623391C2 (en) * 2015-11-27 2017-06-26 Общество с ограниченной ответственностью "Керамические технологии" Method of impregnation with silicon of hollow articles from porous material containing silicon carbide and device for its implementation
RU2620688C1 (en) * 2016-04-25 2017-05-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Method of producing full resistance heaters on the basis of carbon-cyber-bicycle material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS624349B2 (en)
RU2008298C1 (en) Method of impregnating hollow articles of porous material containing silicon carbide and/or carbon with silicon and device for effecting the same
US4548670A (en) Silicon melting and evaporation method for high purity applications
KR20120140547A (en) Apparatus for fabricating ingot
JPH062637B2 (en) Single crystal pulling device
JP2018035009A (en) SiC material and member for semiconductor manufacturing apparatus using the same
RU1834839C (en) Method for saturation of porous carbon material with silicon carbide
RU2202657C1 (en) Device for pulling monocrystals
JPS55104999A (en) Production of silicon carbide crystal layer
JPH0710697A (en) Device for producing silicon carbide single crystal
JP2552501B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide reaction tube
US3232803A (en) Chemical etching of tungsten
JPH06183897A (en) Method for growing silicon carbide single crystal
JP7664952B2 (en) Insulation for high temperature applications
RU2623391C2 (en) Method of impregnation with silicon of hollow articles from porous material containing silicon carbide and device for its implementation
EP0023509A1 (en) Cold crucible semiconductor deposition process and apparatus
US2780539A (en) Process of smelting germanium
JP7711628B2 (en) Method for growing silicon single crystals, method for manufacturing silicon wafers, and single crystal pulling apparatus
JPS6120128B2 (en)
JPH0684276B2 (en) Gas rectifying member for single crystal pulling device
SU1623837A1 (en) Method of impregnating porous parts
JPS62138385A (en) Device for pulling semiconductor single crystal
JPH0478567B2 (en)
JP7079708B2 (en) Thermal synthetic crystal film manufacturing equipment and thermal synthetic crystal film manufacturing method
JP3245222B2 (en) Heating device for porous silica base material