1 Прилагане и напредък в изследванията на покритие от силициев карбид в материали с термично поле от въглерод/въглерод
1.1 Приложение и напредък в изследванията при подготовката на тигели
В монокристалното термично поле,въглероден/въглероден тигелсе използва главно като носещ съд за силиконов материал и е в контакт скварцов тигел, както е показано на фигура 2. Работната температура на тигела въглерод/въглен е около 1450 ℃, което е подложено на двойна ерозия на твърд силиций (силициев диоксид) и силициеви пари и накрая тигелът става тънък или има пръстеновидна пукнатина , което води до повреда на тигела.
Композитен тигел с покритие въглерод/въглерод се приготвя чрез химически процес на проникване на пари и реакция на място. Композитното покритие се състои от покритие от силициев карбид (100 ~ 300 μm), силициево покритие (10 ~ 20 μm) и покритие от силициев нитрид (50 ~ 100 μm), което може ефективно да инхибира корозията на силициевите пари върху вътрешната повърхност на композита въглерод/въглерод тигел. В производствения процес загубата на тигела с композитно покритие от въглерод/въглероден композит е 0,04 mm на пещ, а експлоатационният живот може да достигне 180 пещни пъти.
Изследователите са използвали метод на химическа реакция, за да генерират равномерно покритие от силициев карбид върху повърхността на тигела от въглероден/въглероден композит при определени температурни условия и защитата на носещия газ, използвайки силициев диоксид и силициев метал като суровини при високотемпературно синтероване пещ. Резултатите показват, че високотемпературната обработка не само подобрява чистотата и здравината на sic покритието, но също така значително подобрява устойчивостта на износване на повърхността на композита въглерод/въглерод и предотвратява корозията на повърхността на тигела от парите на SiO и летливи кислородни атоми в монокристалната силиконова пещ. Животът на тигела се увеличава с 20% в сравнение с този на тигела без sic покритие.
1.2 Приложение и напредък в изследванията на направляващата тръба
Водещият цилиндър е разположен над тигела (както е показано на фигура 1). В процеса на издърпване на кристала температурната разлика между вътрешното и външното поле е голяма, особено долната повърхност е най-близо до разтопения силициев материал, температурата е най-висока и корозията от силициеви пари е най-сериозна.
Изследователите изобретиха прост процес и добра устойчивост на окисляване на антиокислителното покритие на направляващата тръба и метода за приготвяне. Първо, слой от мустаци от силициев карбид се отглежда на място върху матрицата на направляващата тръба и след това се приготвя външен слой от плътен силициев карбид, така че се образува преходен слой SiCw между матрицата и повърхностния слой от плътен силициев карбид , както е показано на фигура 3. Коефициентът на топлинно разширение е между матрицата и силициевия карбид. Може ефективно да намали топлинния стрес, причинен от несъответствието на коефициента на топлинно разширение.
Анализът показва, че с увеличаване на съдържанието на SiCw размерът и броят на пукнатините в покритието намаляват. След 10 часа окисляване във въздух от 1100 ℃, скоростта на загуба на тегло на пробата от покритие е само 0,87% ~ 8,87%, а устойчивостта на окисление и устойчивостта на термичен шок на покритието от силициев карбид са значително подобрени. Целият процес на подготовка се завършва непрекъснато чрез химическо отлагане на пари, подготовката на покритието от силициев карбид е значително опростена и цялостната производителност на цялата дюза е подсилена.
Изследователите предложиха метод за укрепване на матрицата и повърхностно покритие на графитна водеща тръба за czohr монокристален силиций. Получената суспензия от силициев карбид беше равномерно покрита върху повърхността на графитната водеща тръба с дебелина на покритието от 30 ~ 50 μm чрез нанасяне с четка или метод на нанасяне със спрей и след това поставена във високотемпературна пещ за реакция на място, реакционната температура беше 1850 ~ 2300 ℃, а запазването на топлината беше 2 ~ 6 часа. Външният слой SiC може да се използва в 24 инча (60,96 cm) монокристална пещ за растеж и температурата на използване е 1500 ℃ и е установено, че няма напукване и падане на прах върху повърхността на графитния водещ цилиндър след 1500 часа .
1.3 Приложение и напредък в изследванията на изолационния цилиндър
Като един от ключовите компоненти на системата за термично поле от монокристален силиций, изолационният цилиндър се използва главно за намаляване на топлинните загуби и контрол на температурния градиент на средата на термичното поле. Като поддържаща част от изолационния слой на вътрешната стена на монокристална пещ, корозията на силициевите пари води до падане на шлака и напукване на продукта, което в крайна сметка води до повреда на продукта.
За да подобрят допълнително корозионната устойчивост на силициевите пари на C/C-sic композитната изолационна тръба, изследователите поставиха подготвените C/C-sic композитни изолационни тръбни продукти в пещта за химическа реакция на парите и подготвиха плътно покритие от силициев карбид върху повърхност на C/C-sic композитни изолационни тръбни продукти чрез процес на химическо отлагане на пари. Резултатите показват, че процесът може ефективно да инхибира корозията на въглеродни влакна върху сърцевината на C/C-sic композита от силициеви пари и устойчивостта на корозия на силициевите пари се увеличава от 5 до 10 пъти в сравнение с въглерод/въглероден композит, и експлоатационният живот на изолационния цилиндър и безопасността на средата на топлинното поле са значително подобрени.
2. Заключение и перспектива
Покритие от силициев карбидсе използва все по-широко в карбон/въглеродни термични полеви материали поради отличната си устойчивост на окисляване при висока температура. С нарастващия размер на материалите за термично поле от въглерод/въглерод, използвани в производството на монокристален силиций, как да се подобри еднородността на покритието от силициев карбид върху повърхността на материалите за термично поле и да се подобри експлоатационният живот на материалите за термично поле от въглерод/въглерод, се превърна в неотложен проблем да бъдат решени.
От друга страна, с развитието на производството на монокристален силиций, търсенето на високочисти материали за термично поле от въглерод/въглерод също се увеличава и SiC нановлакната също се отглеждат върху вътрешните въглеродни влакна по време на реакцията. Скоростите на масова аблация и линейна аблация на C/C-ZRC и C/C-sic ZrC композити, получени чрез експерименти, са съответно -0,32 mg/s и 2,57 μm/s. Скоростите на масова и линейна аблация на C/C-sic -ZrC композитите са съответно -0,24 mg/s и 1,66 μm/s. Композитите C/C-ZRC с SiC нановлакна имат по-добри аблационни свойства. По-късно ще бъдат проучени ефектите на различни въглеродни източници върху растежа на SiC нановлакната и механизма на SiC нановлакната, подсилващи аблативните свойства на C/C-ZRC композитите.
Композитен тигел с покритие въглерод/въглерод се приготвя чрез химически процес на проникване на пари и реакция на място. Композитното покритие се състои от покритие от силициев карбид (100 ~ 300 μm), силициево покритие (10 ~ 20 μm) и покритие от силициев нитрид (50 ~ 100 μm), което може ефективно да инхибира корозията на силициевите пари върху вътрешната повърхност на композита въглерод/въглерод тигел. В производствения процес загубата на тигела с композитно покритие от въглерод/въглероден композит е 0,04 mm на пещ, а експлоатационният живот може да достигне 180 пещни пъти.
Време на публикуване: 22 февруари 2024 г