石墨材料在蒸發源材料（liào）的研究現狀

隨著固態科技產業化（huà）的發展，固態薄膜在高技術領域的應用更（gèng）加（jiā）廣泛，集
成電路製（zhì）造，磁（cí）記錄材料和器件，固體發光材料（liào）和平板顯示（shì）器件的製造等都需（xū）要
薄（báo）膜（mó）製造技術。薄膜製造技術是多種多樣的，其（qí）中一種最普遍，應用最廣泛的薄
膜製造技術是真（zhēn）空蒸（zhēng）鍍技（jì）術。其主要應用包括各種包裝材料，電容器製造，顯像
管，高精（jīng）度平板顯示技術，超晶格量子（zǐ）陷阱材料（liào）等，市場容量十分（fèn）巨大。在真空
蒸鍍技術中，蒸發源是影響薄膜質量和製造成本的關鍵。總的來說，金屬蒸鍍行（háng）
業對蒸發源舟皿（mǐn）材料（liào）提出了（le）許多（duō）方麵的要求：合適的電阻率範圍和電阻溫度係
數（shù）；優良的耐熱衝擊性；優良的耐熔融金屬腐蝕性；高溫下與熔融金屬良好潤濕
性；易機械加工性，足夠的強度等。
在早期的（de）金屬蒸（zhēng）鍍行（háng）業中，用於蒸鍍金屬(例如鋁)的蒸發材料是碳一石
墨材料。這（zhè）種蒸發（fā）源（yuán）舟皿材（cái）料在使（shǐ）用（yòng）過程中存在一些很難解決的問題，如質量不
穩定，使用壽命較低等。究其主要原因，是對於大多數金屬來說，碳。石墨蒸發（fā）
舟能與許多金屬在（zài）高溫下發生反應生成碳化（huà）物造成開花、凸泡直至完全破壞，影
響了蒸發舟的使用壽命。為了阻止（zhǐ）碳與金屬反應，提高坩堝的使用性能，國（guó）內外
研究人員做了大量的工作（zuò）。
1994年，黃建華【17】就石墨材料的有關特性和鍍（dù）膜工藝對碳．石墨（mò）材料蒸發舟
的主要技術要求以及當時使用單位在操作上存在的問題做了綜述（shù）和探討，並利用
純度較高，比重較大，氣孔率較（jiào）低，導電性較好的無定形碳作為基體材料，選（xuǎn）擇
適當（dāng）的配比，製備出了性能較好，壽命較長的碳一（yī）石墨蒸發舟（zhōu）。

1996年，王明華【I 8】通（tōng）過一係列的試驗，研製出（chū）了（le）浸漬硝酸鋁（lǚ）法提（tí）高石墨蒸
發舟使用壽命的新（xīn）工藝。其基本原理是：利用真空加壓等方法將充填物壓入氣孔
中，由於硝酸鋁易溶於（yú）水，浸（jìn）漬後，在製品氣孔中殘留的硝酸鋁經過加熱處理後，
發生分解反應生成的氧化鋁填充坩堝的氣孔，阻礙（ài）鋁液與碳的反應，從而延長了
石墨蒸發舟的使用（yòng）壽命。經過測試表明，利用該法處理後，石（shí）墨（mò）蒸發舟的使用壽
命提高了30％左右。
1996年，國外研究人（rén）員【19】為（wéi）了提高石墨坩堝抗熔鋁腐蝕性，在蒸（zhēng）鍍熔融金
屬時所使用石墨坩堝表層通過改性處理，製成了（le）使用壽命（mìng）較長的蒸鍍用石（shí）墨坩
堝。該坩（gān）堝的特點是在坩堝表層的一（yī）部分或整個表麵形成一層碳化矽薄膜，然後．
在此（cǐ）碳化矽的表麵再通過沉積處理和被覆（fù）一層碳化矽膜．這樣就形成雙（shuāng）層結構的
碳化（huà）矽。其中所形成的碳化矽是以B型碳化矽為主要成分的。試驗在1450℃，
1 o-5toIT的（de）真空下進行（háng）。熔化金屬鋁，並反（fǎn）複進行2小（xiǎo）時的蒸鍍作業後發現，未（wèi）
經形成B型碳化矽（guī）處理的金屬（shǔ）蒸鍍（dù）用碳坩堝的使用壽命（mìng）是42次（cì），采用轉化法和
CVD法製的坩堝的壽（shòu）命（mìng）是70和75次，而形成雙層結構坩堝的壽命是90次（cì）。可
見其抗熔鋁的（de）腐蝕性大大提高了。
由於石墨坩堝易被氧化，不少人（rén）對其進行了改性（xìng）處理。1999年，陳建[2州在
泥結石器坩堝坯料中，添加14％．16％左右的抗氧化添加（jiā）劑(矽粉，矽鐵（tiě）粉（fěn），玻
璃相等)，其抗氧化性提高43．7％．79％，效（xiào）果明顯。2001年，肖雲峰[21】等人在
石墨表麵等離子噴塗Nb、Mo，CaZr03，Zr02(v203)粉製備耐熱塗層（céng），並測試了石（shí）
墨塗（tú）層的熱震穩定性，對（duì）塗層作了x射線衍射及掃描電鏡分析。結果表明，石
墨表麵等（děng）離子（zǐ）塗層經1600℃熱衝（chōng）擊（jī），發現CaZrOs(Y203)，Mo／Zr02(Y203)複合塗
層附著強度大於石墨基（jī）體的斷裂強度（dù），且阻碳效果明（míng）顯。
石墨材料作為早期的蒸（zhēng）發舟材料（liào）在使用過程中存在許多無法解決（jué）的問題。如
石墨在高溫下能與許多金屬發生反應生成碳化物，特（tè）別在蒸鍍金（jīn）屬鋁時，碳與鋁
反應生成碳化鋁並伴有體積膨脹導（dǎo）致坩堝出現龜裂，最終出現脆性斷裂。後來人
們發現BN對鋁液具有良好的耐腐蝕性，極小的耐熱衝擊性（xìng）能，易機械加工性，
高溫下對鋁液的潤濕角隨溫度的升（shēng）高而減小瞄1。故BN是較為理想的舟皿材料。
然而，BN具有高（gāo）溫電絕緣性，若作為蒸發器，必須給它外加熱源。這很容易想
到（dào）在BN外麵套（tào）一個石墨容（róng）器，但是這（zhè）個雙坩堝係統存在（zài）一個致命的缺點（diǎn），當係
統加熱到1100,--1700℃時，熔融的鋁液從裏麵的BN坩堝內溢出，與外麵的石墨
坩堝接觸反應生成碳化鋁，導致（zhì）外坩堝炸裂，影（yǐng）響使用壽命。
由於氮化硼本身不能導電，人們把（bǎ）目光（guāng）轉向一種本（běn）身可以發熱導電，又耐高
溫腐蝕的複合（hé）材料。針對蒸鍍行業提出的要求，對各種導電陶瓷（cí）進行（háng）篩選並進行
研究，發現硼化物（wù）中的TiB2是最有前途的（de）導電相。將TiB2與BN製備成複相陶瓷（cí），

根（gēn）據複合材料（liào）的（de）加和性，複（fù）相陶瓷可（kě）保持單（dān）相陶瓷的共有（yǒu）性質，因而BN．TiB，

複相陶瓷可保（bǎo）持二者共（gòng）有的優良性能：即高溫（wēn）下對熔融金屬良好的潤濕性、優良
的耐熔融金（jīn）屬（shǔ）的腐蝕性（xìng）以及優異的耐熱性。TiB2具有與金屬相當的導電性能，其
電阻率範圍在9-30uflcm，而BN是優良的絕緣體，通過控製二者之間的配比、
粒徑比、燒成時的溫度製度可獲得所需電阻率的複（fù）相導電陶瓷，製備成蒸鍍（dù）工業
中的蒸發（fā）舟，根（gēn）據不同的使用要求其電阻率範圍可在100～1500uf!cm或更寬的範
圍問選擇。將（jiāng）TiB2與BN製備成複（fù）相（xiàng）陶瓷，由於BN的存在，其機械加工性能十
分優良，這在加（jiā）工成蒸發舟時很（hěn）重要（yào）。同時（shí），由於BN的（de）存在，使BN．TiB2複相
導電陶瓷具有優（yōu）良的抗熱衝擊性能。兩者的熱膨脹係數相差（chà）較小，在蒸發舟的升
降溫的過程中（zhōng）熱應力較小。
1999年，陳淑權等【23】在BN．TiB2基導電蒸發舟中添加一定量的Si3N4，研究
了si3N4對導電蒸發舟電性能，耐腐蝕性能（néng）的影響。研究發現，添加適量（liàng）的si3N4
能夠在保證電性能良好的基礎上（shàng），與材（cái）料中的A1203，A玳形成SiMon材（cái）料和
TiB2一A1N．BN複合材料。材料的腐蝕破壞（huài）是舢對BN侵蝕反應造成（chéng）的。由於SiMon
材料的存在，有（yǒu）效的阻止了鋁（lǚ）液對BN粒子的侵蝕，從而大大改善了蒸發舟的抗
鋁腐蝕能力，延長了使用壽命。