用于生產(chǎn)氧化陶瓷單晶的坩堝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種由鉬或具有大于95原子％的鉬含量的鉬合金制成的坩堝，用以生產(chǎn)氧化陶瓷單晶，其中坩堝的內(nèi)側(cè)至少部分地具有一涂層，所述涂層含有至少一種難熔金屬并且包含有孔隙。
【專利說明】用于生產(chǎn)氧化陶瓷單晶的坩堝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種由鉬或具有大于95原子％的鉬含量的鉬合金制成的坩禍，以及一種用于其生產(chǎn)和用于生產(chǎn)藍寶石單晶的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]氧化陶瓷單晶，例如藍寶石單晶，其特別之處是在一種由鉬制成的坩禍內(nèi)生產(chǎn)出來的。單晶藍寶石基片被用于，例如，氮化鎵的外延沉積，其被廣泛用于生產(chǎn)[￡0和特定半導(dǎo)體激光器。用于拉升氧化陶瓷單晶的各種方法是公知的，例如冊1(熱交換法)，泡生法和
(邊緣限定硅膜生產(chǎn)工藝)。
[0003]坩禍的費用在總成本中占了一個顯著的比例，這是因為當(dāng)凝固單晶從坩禍中除去時坩禍通常會破裂。造成這種情況的原因是固化的氧化物熔體和坩禍之間過度的密合性，以及由于再結(jié)晶和晶粒成長所引起的鉬的高脆性。
[0004]02 10200806052041描述了一種坩禍以及一種用于在此坩禍中處理高熔點材料的方法。其中，與該高熔點材料的熔體相接觸的坩禍表面的部分由一金屬涂層所覆蓋，該金屬涂層含有至少18001:的高熔點金屬。如果在金屬涂層和所述坩禍之間沒有形成一種材料匹配連接，熱傳輸可以局部地被降低，從而對溫度分布的精確調(diào)節(jié)產(chǎn)生不利影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個目的在于，提供一種用于晶體生長的坩禍，一種制造坩禍的方法以及用于在所述坩禍中藍寶石單晶生長的方法，以此可以減少用于藍寶石單晶生長的坩禍的成本。
[0006]本發(fā)明的上述目的可通過一種坩禍來實現(xiàn)，所述坩禍的內(nèi)側(cè)至少部分地具有一涂層，所述涂層含有選自由鎢和鉬組成的組中的至少一種難熔金屬并且包含有孔。該涂層的孔隙率優(yōu)選為?5體積選自于?10體積％、?15體積％、?20體積％和?25體積％的孔隙率是特別優(yōu)選的。此外，所述的孔優(yōu)選地至少部分地彼此連接，此處涉及到開孔率。根據(jù)本發(fā)明的坩禍，特別適合用于生產(chǎn)氧化陶瓷單晶，例如藍寶石單晶。
[0007]在本發(fā)明下文的描述中，鎢、鉬和鎢/鉬合金有時會被單獨提及，或統(tǒng)稱為高熔點金屬。因此，術(shù)語“難熔金屬”覆蓋了鎢、鉬和在整個混合范圍中的鎢/鉬合金。
[0008]上述涂層的孔隙率通常會導(dǎo)致在涂層和坩禍中拉升的單晶之間具有非常高的粘合強度，這是由于氧化鋁的熔體滲透到孔隙中的緣故，因此除了化學(xué)/物理機制外，該涂層也導(dǎo)致了在固化后的機械微銜接效果。相反地，根據(jù)本發(fā)明的涂層與鉬坩禍之間具有很低的密合性。在這種情況下，也可以通過一額外的涂層有利地影響一一也就是減小所述坩禍和所述層之間的粘合強度，從而降低了難熔金屬層和所述坩禍之間的擴散過程。當(dāng)從坩禍中移除單晶時，在坩禍/涂層/氧化物體系中的薄弱點就是坩禍和涂層之間的接合面。單晶可以相對容易地從所述坩禍中至少與部分粘合層一起被移除。因此，可以重復(fù)至少一次使用坩禍。
[0009]有利地，在涂層中的難熔金屬含量是多于50質(zhì)量難熔金屬含量優(yōu)選選自于?75質(zhì)量％、?90質(zhì)量％、?95質(zhì)量％和?99質(zhì)量％的組。特別優(yōu)選使用的是純鎢的涂層，鎢對于氧化鋁熔化而言具有最高的耐抗性。因此，根據(jù)本發(fā)明的涂層對于大多數(shù)氧化陶瓷熔化，特別是對于氧化鋁熔化而言具有很高的耐抗性。
[0010]優(yōu)選地，難熔金屬會形成一種連續(xù)的骨架結(jié)構(gòu)。對于涂層的孔隙率有利的上限為60體積％。在孔隙率超過60體積％的情況下，有利的骨架結(jié)構(gòu)只能通過很高的流程支出才能形成。進一步有利的，以非常細的顆粒構(gòu)造所述的涂層，并且顆粒的粒徑大小在從0.1至5微米的范圍內(nèi)。從而避免了坩禍壁區(qū)域上的鋁熔化物形成不希望的晶種。
[0011]用于生產(chǎn)藍寶石單晶的，除了難熔金屬外，涂層也可以含有氧化鋁，因為這不會對藍寶石的純度產(chǎn)生不利影響。含有氧化鋁的復(fù)合材料是非常適合于生產(chǎn)藍寶石單晶的，因為復(fù)合材料中的氧化鋁在使用過程中熔化，一經(jīng)固化后與藍寶石中的氧化鋁形成接合網(wǎng)絡(luò)，這導(dǎo)致涂層和藍寶石單晶之間良好的粘合性。對于難熔金屬有利的是，形成一個連續(xù)的骨架結(jié)構(gòu)，其限制了氧化鋁的含量至，優(yōu)選地至60體積
[0012]因此，比較有利的是，所述的涂層包括以下材料:純鉬，純鎢，在整個混合范圍內(nèi)的鎢/鉬合金，鉬/氧化鋁復(fù)合材料，鎢/氧化鋁復(fù)合材料，和鉬/鎢/氧化鋁復(fù)合材料。
[0013]進一步地，所述的涂層優(yōu)選地具有從5至400微米的涂層厚度，特別優(yōu)選地是從10至200微米的涂層厚度。厚的涂層對于鉬坩禍具有相對較差的涂層粘合性，從而使得分離移除過程變得容易。
[0014]對于進程管理而言，進一步有利的是，所述的坩禍的相對密度為大于99%，尤其優(yōu)選的是大于99.5%。
[0015]進一步地，本發(fā)明的目的通過一種用于制造坩禍的方法得以實現(xiàn)。
[0016]首先，優(yōu)選地，制作一由鉬或鉬的含量大于95重量％ (^% )的鉬合金制成的板，并且通過壓輥壓扎成形為一坩禍。因此，坩禍具有一大于99.5%的密度。具體地，淤漿法和噴涂方法，例如等離子噴涂，適合于所述涂層的沉積。在這種情況下，漿料指的是懸浮液，其中至少包含有粉末顆粒和液體。有利的是，該漿料含有選自由鎢，鉬，氧化鋁組成的組中的至少一種粉末，以及粘合劑和容易蒸發(fā)的液體。如果使用漿液沉積方法，有利的是，漿料的應(yīng)用是通過噴涂，澆注，刷涂或輥壓來完成。粉末的粒徑大小，可根據(jù)費希爾(打也虹)測量，有利的是從0.1到5微米。有利的是，在漿料中難熔金屬的含量為55至85質(zhì)量
[0017]舉例來說，纖維素酯可作為合適的粘合劑，以及硝基稀釋劑可作為容易蒸發(fā)的液體。在應(yīng)用漿料后，有利的是，所述的坩禍在從12001:至20001:的溫度下進行退火處理。這導(dǎo)致了單個顆粒和所形成的有利結(jié)構(gòu)之間的燒結(jié)，但沒有在坩禍與涂層之間形成過度的粘合強度。
[0018]所述涂層的沉積，例如，可以通過用于難熔金屬的市面可獲得的噴涂方法，如火焰噴涂和等離子噴涂來加以實現(xiàn)。
[0019]通過這種方法，可以直接并且經(jīng)濟有效地沉積根據(jù)本發(fā)明的所述涂層。在這種情況下，所述的涂層最好具有一孔隙率？，且孔隙率？的大小為5體積％〈？〈60體積特別優(yōu)選的是，孔隙率？為10體積％ ?？?40體積％。
[0020]本發(fā)明的目的還通過一種用于生產(chǎn)藍寶石單晶的方法來加以實現(xiàn)。在這種情況下，使用冊1(熱交換法)是特別優(yōu)選地。
[0021]該方法包括以下步驟。首先，由鉬或具有超過95原子％的鉬含量的鉬合金制備一坩禍。這可以是，例如通過將金屬板的壓輥壓軋制成。坩禍的內(nèi)側(cè)則至少部分地具有一涂層，所述涂層含有選自由鎢和鉬組成的組中的至少一種難熔金屬并且包含有孔。優(yōu)選地是，其孔隙率確定為超過5體積該涂層的生產(chǎn)是通過上述方法中的一種來完成，該涂層優(yōu)選地具有上面給出的屬性中的至少一種。
[0022]然后將氧化鋁引入到坩禍中并加以熔化。藍寶石單晶的制備是通過受控的冷卻來實現(xiàn)，例如以一晶種為開始。當(dāng)單晶從坩禍移除時，該涂層至少部分地從坩禍分離。由于脆性鉬坩禍的機械應(yīng)力很低，通過該方法的坩禍不會破碎。因此該坩禍可以再重復(fù)使用至少一次。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]下面通過附圖及實施例對本發(fā)明進行進一步地闡述。
[0024]圖1:示出了一個根據(jù)本發(fā)明的涂層的孔隙率示意圖。

【具體實施方式】
[0025]涂層的生產(chǎn)在下文中將以涂層I進行說明。
[0026]用于涂層I噴涂的涂層材料是基于一鎢懸浮液，其中含有纖維素硝酸酯。I漿料的附著加工是借助于一分配器來完成的。在這種情況下，具有0.6微米費希爾粒徑(打也虹^111 8126)的I粉末與纖維素硝酸酯(15質(zhì)量和硝基稀釋劑(15質(zhì)量％ )在5000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下進行分批混合。其涂覆過程是通過噴霧方法來實現(xiàn)的。
[0027]涂層被涂覆后在14501:溫度下進行2小時的退火。該涂層具有一個孔隙率為35體積％的高孔隙率(參見圖0?？紫堵实臏y量可以根據(jù)常用方法下利用石蠟，然后通過壓汞法或漂浮法進行測定。
【權(quán)利要求】
1.一種由鉬或具有大于95原子％的鉬含量的鉬合金制成的坩禍，其特征在于，所述坩禍的內(nèi)側(cè)至少部分地具有一涂層，所述涂層含有選自由鎢和鉬組成的組中的至少一種難熔金屬并且包含有孔隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的坩禍，其特征在于，所述的涂層具有一大于5體積％的孔隙率。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項所述的坩禍，其特征在于，所述涂層含有鎢。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項所述的坩禍用于生產(chǎn)氧化陶瓷單晶。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項所述的坩禍，其特征在于，所述涂層具有一從5至400微米的涂層厚度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項所述的坩禍，其特征在于，所述涂層具有一少于60體積％的孔隙率。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項所述的坩禍，其特征在于，所述涂層具有一從0.1至5微米的顆粒粒徑。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項所述的坩禍，其特征在于，所述涂層含有至少50質(zhì)量％的難熔金屬。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項所述的坩禍，其特征在于，所述涂層含有至少95質(zhì)量％的難熔金屬。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項所述的坩禍，其特征在于，所述涂層含有氧化鋁。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項所述的坩禍，其特征在于，所述涂層由一難熔金屬/氧化鋁復(fù)合材料組成。
12.一種用于生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求1至11中的至少一項所述的坩禍的方法，其特征在于，所述涂層通過一種淤漿法或噴涂方法進行沉積。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述的涂層通過應(yīng)用一漿料來制成，所述漿料含有選自由鎢，鉬，氧化鋁組成的組中的至少一種粉末，以及粘合劑和容易蒸發(fā)的液體。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述漿料中難熔金屬的含量為從55質(zhì)量％至85質(zhì)量％。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中的至少一項所述的方法，其特征在于，在應(yīng)用漿料后，坩禍在從1200°C至2000°C的溫度下進行退火處理。
16.—種用于生產(chǎn)藍寶石單晶的方法，其特征在于，所述的方法至少包含以下生產(chǎn)步驟: 制備一由鉬或具有超過95原子％的鉬含量的鉬合金制成的坩禍，所述坩禍的內(nèi)側(cè)至少部分地具有一涂層，所述涂層含有選自由鎢和鉬組成的組中的至少一種難熔金屬并且包含有孔； 將氧化鋁引入到坩禍中并將氧化鋁進行熔化； 進行受控冷卻來制備藍寶石單晶； 將藍寶石單晶從坩禍移除； 重復(fù)使用所述的坩禍用于至少再一次生產(chǎn)藍寶石單晶。
【文檔編號】C30B29/20GK104487618SQ201380020669
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月17日
【發(fā)明者】朱迪斯·亞努斯楚斯基, ?？恕だ袪? 曼弗萊德·蘇利克 申請人:普蘭西歐洲股份公司