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 PDFInfo
- 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
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 title claims description 7
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 6
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 6
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
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
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 [(H-h)/H-0,1] , обеспечивает создание необходимого (25-60оС м-1) осевого градиента температуры в изделии.The use of a
Пределы изменения толщины экрана обусловлены следующими причинами:
- при толщине менее 30 [(H-h)/H+0,1] не обеспечивается нижний предел осевого градиента в изделии, т. е. 25оС м-1;
- при толщине более [(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 [(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 [(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
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
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
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
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
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
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)
b= 30 [(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 [(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.
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)
| 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 |
-
1991
- 1991-04-22 RU SU4930445 patent/RU2008298C1/en active
Cited By (4)
| 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 |