1 التقدم التطبيقي والبحثي لطلاء كربيد السيليكون في مواد المجال الحراري للكربون / الكربون
1.1 تقدم التطبيق والبحث في إعداد البوتقة
في المجال الحراري البلوري الواحد،بوتقة الكربون/الكربونيستخدم بشكل رئيسي كسفينة حمل لمواد السيليكون وهو على اتصال معبوتقة الكوارتز، كما هو موضح في الشكل 2. تبلغ درجة حرارة عمل بوتقة الكربون/الكربون حوالي 1450 درجة مئوية، والتي تتعرض للتآكل المزدوج للسيليكون الصلب (ثاني أكسيد السيليكون) وبخار السيليكون، وفي النهاية تصبح البوتقة رقيقة أو بها صدع حلقي مما أدى إلى فشل البوتقة.
تم تحضير بوتقة مركبة من الكربون/الكربون من خلال عملية نفاذ البخار الكيميائي والتفاعل في الموقع. يتكون الطلاء المركب من طلاء كربيد السيليكون (100 ~ 300 ميكرومتر)، وطلاء السيليكون (10 ~ 20 ميكرومتر) وطلاء نيتريد السيليكون (50 ~ 100 ميكرومتر)، والذي يمكن أن يمنع بشكل فعال تآكل بخار السيليكون على السطح الداخلي لمركب الكربون / الكربون بوتقة. في عملية الإنتاج، يبلغ فقدان بوتقة الكربون/مركب الكربون المطلي المركب 0.04 مم لكل فرن، ويمكن أن يصل عمر الخدمة إلى 180 مرة للفرن.
استخدم الباحثون طريقة تفاعل كيميائي لتوليد طبقة موحدة من كربيد السيليكون على سطح البوتقة المركبة من الكربون/الكربون تحت ظروف درجات حرارة معينة وحماية الغاز الحامل، وذلك باستخدام ثاني أكسيد السيليكون ومعدن السيليكون كمواد خام في تلبيد بدرجة حرارة عالية. فرن. أظهرت النتائج أن المعالجة بدرجة الحرارة المرتفعة لا تعمل على تحسين نقاء وقوة طلاء sic فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين مقاومة التآكل لسطح مركب الكربون/الكربون بشكل كبير، وتمنع تآكل سطح البوتقة بواسطة بخار SiO وذرات الأكسجين المتطايرة في فرن السيليكون أحادي البلورة. يتم زيادة عمر خدمة البوتقة بنسبة 20% مقارنةً بعمر البوتقة بدون طلاء كذا.
1.2 تقدم التطبيق والبحث في أنبوب دليل التدفق
توجد أسطوانة التوجيه فوق البوتقة (كما هو موضح في الشكل 1). في عملية سحب البلورات، يكون الفرق في درجة الحرارة بين داخل وخارج الحقل كبيرًا، خاصة أن السطح السفلي يكون الأقرب إلى مادة السيليكون المنصهرة، ودرجة الحرارة هي الأعلى، والتآكل بواسطة بخار السيليكون هو الأكثر خطورة.
اخترع الباحثون عملية بسيطة ومقاومة جيدة للأكسدة لطلاء أنبوب التوجيه المضاد للأكسدة وطريقة التحضير. أولاً، تم زراعة طبقة من طولي كربيد السيليكون في الموقع على مصفوفة أنبوب التوجيه، ثم تم تحضير طبقة خارجية كثيفة من كربيد السيليكون، بحيث يتم تشكيل طبقة انتقالية SiCw بين المصفوفة والطبقة السطحية الكثيفة من كربيد السيليكون ، كما هو مبين في الشكل 3. وكان معامل التمدد الحراري بين المصفوفة وكربيد السيليكون. يمكن أن يقلل بشكل فعال من الإجهاد الحراري الناتج عن عدم تطابق معامل التمدد الحراري.
يوضح التحليل أنه مع زيادة محتوى SiCw، يقل حجم وعدد الشقوق في الطلاء. بعد الأكسدة لمدة 10 ساعات في هواء 1100 درجة مئوية، يكون معدل فقدان الوزن لعينة الطلاء 0.87% ~ 8.87% فقط، ويتم تحسين مقاومة الأكسدة ومقاومة الصدمات الحرارية لطلاء كربيد السيليكون بشكل كبير. يتم إكمال عملية التحضير بأكملها بشكل مستمر عن طريق ترسيب البخار الكيميائي، ويتم تبسيط عملية إعداد طلاء كربيد السيليكون إلى حد كبير، ويتم تعزيز الأداء الشامل للفوهة بأكملها.
اقترح الباحثون طريقة لتقوية المصفوفة وطلاء سطح أنبوب توجيه الجرافيت للسيليكون أحادي البلورة. تم طلاء ملاط كربيد السيليكون الناتج بشكل موحد على سطح أنبوب دليل الجرافيت بسمك طلاء يتراوح من 30 إلى 50 ميكرومتر عن طريق طلاء الفرشاة أو طريقة الطلاء بالرش، ثم تم وضعه في فرن بدرجة حرارة عالية للتفاعل في الموقع، ودرجة حرارة التفاعل كان 1850 ~ 2300 ℃، وكان الحفاظ على الحرارة 2 ~ 6 ساعات. يمكن استخدام الطبقة الخارجية من SiC في فرن النمو البلوري الأحادي مقاس 24 بوصة (60.96 سم)، ودرجة حرارة الاستخدام هي 1500 درجة مئوية، وقد وجد أنه لا يوجد مسحوق متشقق أو متساقط على سطح أسطوانة توجيه الجرافيت بعد 1500 ساعة. .
1.3 تقدم التطبيق والبحث في أسطوانة العزل
باعتبارها واحدة من المكونات الرئيسية لنظام المجال الحراري للسيليكون أحادي البلورة، يتم استخدام أسطوانة العزل بشكل أساسي لتقليل فقدان الحرارة والتحكم في تدرج درجة الحرارة لبيئة المجال الحراري. باعتباره جزءًا داعمًا لطبقة عزل الجدار الداخلي للفرن البلوري المفرد، فإن تآكل بخار السيليكون يؤدي إلى سقوط الخبث وتشقق المنتج، مما يؤدي في النهاية إلى فشل المنتج.
من أجل زيادة تعزيز مقاومة تآكل بخار السيليكون لأنبوب العزل المركب C/ C-sic، قام الباحثون بوضع منتجات الأنابيب العازلة المركبة C/ C-sic المحضرة في فرن تفاعل البخار الكيميائي، وأعدوا طلاء كربيد السيليكون الكثيف على سطح منتجات الأنابيب العازلة المركبة C/ C-sic عن طريق عملية ترسيب البخار الكيميائي. أظهرت النتائج أن العملية يمكن أن تمنع بشكل فعال تآكل ألياف الكربون في قلب مركب C/C-sic بواسطة بخار السيليكون، وتزداد مقاومة التآكل لبخار السيليكون بمقدار 5 إلى 10 مرات مقارنة بمركب الكربون/الكربون، وتم تحسين عمر خدمة أسطوانة العزل وسلامة بيئة المجال الحراري بشكل كبير.
2.الاستنتاج والتوقع
طلاء كربيد السيليكونيستخدم على نطاق واسع في مواد المجال الحراري للكربون/الكربون بسبب مقاومته الممتازة للأكسدة عند درجات الحرارة العالية. مع زيادة حجم مواد المجال الحراري للكربون/الكربون المستخدمة في إنتاج السيليكون أحادي البلورية، أصبحت كيفية تحسين توحيد طلاء كربيد السيليكون على سطح مواد المجال الحراري وتحسين عمر خدمة مواد المجال الحراري للكربون/الكربون مشكلة ملحة. ليتم حلها.
من ناحية أخرى، مع تطور صناعة السيليكون أحادي البلورية، يتزايد أيضًا الطلب على مواد المجال الحراري الكربوني / الكربون عالي النقاء، كما يتم زراعة ألياف النانو SiC على ألياف الكربون الداخلية أثناء التفاعل. تبلغ معدلات الاجتثاث الجماعي والاجتثاث الخطي لمركبات C/ C-ZRC وC/ C-sic ZrC المحضرة بالتجارب -0.32 مجم/ثانية و2.57 ميكرومتر/ثانية، على التوالي. تبلغ معدلات استئصال الكتلة والخط لمركبات C/ C-sic -ZrC -0.24 ملجم/ثانية و1.66 ميكرومتر/ثانية، على التوالي. تتمتع مركبات C/ C-ZRC مع ألياف النانو SiC بخصائص استئصالية أفضل. لاحقًا، سيتم دراسة تأثيرات مصادر الكربون المختلفة على نمو ألياف SiC النانوية وآلية ألياف SiC النانوية التي تعزز الخواص الاستئصالية لمركبات C/C-ZRC.
تم تحضير بوتقة مركبة من الكربون/الكربون من خلال عملية نفاذ البخار الكيميائي والتفاعل في الموقع. يتكون الطلاء المركب من طلاء كربيد السيليكون (100 ~ 300 ميكرومتر)، وطلاء السيليكون (10 ~ 20 ميكرومتر) وطلاء نيتريد السيليكون (50 ~ 100 ميكرومتر)، والذي يمكن أن يمنع بشكل فعال تآكل بخار السيليكون على السطح الداخلي لمركب الكربون / الكربون بوتقة. في عملية الإنتاج، يبلغ فقدان بوتقة الكربون/مركب الكربون المطلي المركب 0.04 مم لكل فرن، ويمكن أن يصل عمر الخدمة إلى 180 مرة للفرن.
وقت النشر: 22 فبراير 2024