1 Aplikace a pokrok ve výzkumu povlaku karbidu křemíku v materiálech s tepelným polem uhlík/uhlík
1.1 Aplikace a pokrok výzkumu v přípravě kelímku
V tepelném poli monokrystalu jeuhlík/uhlíkový kelímekse používá hlavně jako přepravní nádoba pro křemíkový materiál a je v kontaktu skřemenný kelímek, jak je znázorněno na obrázku 2. Pracovní teplota kelímku uhlík/uhlík je asi 1450 ℃, který je vystaven dvojité erozi pevného křemíku (oxidu křemičitého) a křemíkových par a nakonec se kelímek ztenčí nebo má prstencové praskliny , což má za následek selhání kelímku.
Kompozitní povlak uhlík/uhlík kompozitní kelímek byl připraven procesem chemické paropropustnosti a reakcí in-situ. Kompozitní povlak se skládal z povlaku karbidu křemíku (100 ~ 300 μm), povlaku křemíku (10 ~ 20 μm) a povlaku nitridu křemíku (50 ~ 100 μm), které by mohly účinně inhibovat korozi křemíkových par na vnitřním povrchu kompozitu uhlík/uhlík. kelímek. Ve výrobním procesu je ztráta kompozitního potaženého uhlíkového/uhlíkového kompozitního kelímku 0,04 mm na pec a životnost může dosáhnout 180 pecí.
Výzkumníci použili metodu chemické reakce k vytvoření jednotného povlaku karbidu křemíku na povrchu kelímku z kompozitu uhlík/uhlík za určitých teplotních podmínek a ochrany nosného plynu, s použitím oxidu křemičitého a kovového křemíku jako surovin při vysokoteplotním slinování. pec. Výsledky ukazují, že vysokoteplotní zpracování nejen zlepšuje čistotu a pevnost sic povlaku, ale také výrazně zlepšuje odolnost povrchu uhlík/uhlík kompozitu proti opotřebení a zabraňuje korozi povrchu kelímku parami SiO a těkavé atomy kyslíku v peci monokrystalického křemíku. Životnost kelímku je zvýšena o 20 % ve srovnání s životností kelímku bez sic povlaku.
1.2 Pokrok v aplikacích a výzkumu v průtokové vodicí trubici
Vodicí válec je umístěn nad kelímkem (jak je znázorněno na obrázku 1). V procesu tažení krystalu je teplotní rozdíl mezi vnitřním a vnějším polem velký, zejména spodní povrch je nejblíže roztavenému křemíkovému materiálu, teplota je nejvyšší a koroze křemíkovou parou je nejzávažnější.
Výzkumníci vynalezli jednoduchý proces a dobrou odolnost proti oxidaci antioxidačního povlaku a způsobu přípravy vodicí trubice. Nejprve byla na matrici vodicí trubice in-situ narostla vrstva karbidu křemíku a poté byla připravena hustá vnější vrstva karbidu křemíku, takže mezi matricí a hustou povrchovou vrstvou karbidu křemíku vznikla přechodová vrstva SiCw. , jak je znázorněno na obrázku 3. Koeficient tepelné roztažnosti byl mezi matricí a karbidem křemíku. Může účinně snížit tepelné namáhání způsobené nesouladem koeficientu tepelné roztažnosti.
Analýza ukazuje, že s nárůstem obsahu SiCw klesá velikost a počet trhlin v povlaku. Po 10 hodinách oxidace v 1100 °C vzduchu je míra ztráty hmotnosti vzorku povlaku pouze 0,87 % ~ 8,87 % a odolnost povlaku z karbidu křemíku proti oxidaci a tepelným šokům se výrazně zlepšila. Celý proces přípravy je průběžně dokončován chemickým nanášením par, příprava povlaku karbidu křemíku je výrazně zjednodušena a je posílen komplexní výkon celé trysky.
Výzkumníci navrhli metodu zpevnění matrice a povrchové úpravy grafitové vodicí trubice pro monokrystalický křemík czohr. Získaná suspenze karbidu křemíku byla rovnoměrně potažena na povrchu vodicí trubice grafitu tloušťkou povlaku 30~50 μm metodou nanášení štětcem nebo rozprašováním a poté byla umístěna do vysokoteplotní pece pro reakci in-situ, reakční teplota byla 1850~2300 ℃ a tepelná ochrana byla 2~6 hodin. Vnější vrstvu SiC lze použít v 24palcové (60,96 cm) monokrystalové růstové peci a teplota použití je 1500 ℃ a bylo zjištěno, že na povrchu grafitového vodícího válce po 1500 hodinách nedochází k praskání a padání prášku. .
1.3 Aplikace a pokrok ve výzkumu izolačních válců
Jako jedna z klíčových součástí systému tepelného pole monokrystalického křemíku se izolační válec používá hlavně ke snížení tepelných ztrát a řízení teplotního gradientu prostředí tepelného pole. Jako nosná část izolační vrstvy vnitřní stěny monokrystalické pece vede koroze par křemíku k vypadávání strusky a praskání produktu, což nakonec vede k selhání produktu.
Aby se dále zvýšila odolnost kompozitních izolačních trubek C/ C-sic proti korozi par křemíku, vědci vložili připravené produkty kompozitních izolačních trubek C/ C-sic do chemické reakční pece a připravili hustý povlak karbidu křemíku na povrch výrobků z kompozitních izolačních trubek C/ C-sic procesem chemického nanášení par. Výsledky ukazují, že tento proces může účinně inhibovat korozi uhlíkových vláken na jádře kompozitu C/C-sic působením křemíkových výparů a odolnost křemíkových výparů proti korozi je zvýšena 5 až 10krát ve srovnání s kompozitem uhlík/uhlík, a životnost izolačního válce a bezpečnost prostředí tepelného pole se výrazně zlepšily.
2.Závěr a výhled
Povlak z karbidu křemíkuje stále více a více používán v uhlíkových/uhlíkových tepelných materiálech, protože má vynikající odolnost proti oxidaci při vysokých teplotách. S rostoucí velikostí materiálů tepelného pole uhlík/uhlík používaných při výrobě monokrystalického křemíku se naléhavým problémem stalo, jak zlepšit rovnoměrnost povlaku karbidu křemíku na povrchu materiálů tepelného pole a zlepšit životnost materiálů tepelného pole uhlík/uhlík. k vyřešení.
Na druhou stranu s rozvojem průmyslu monokrystalického křemíku roste i poptávka po vysoce čistých uhlíkových/uhlíkových materiálech tepelného pole a na vnitřních uhlíkových vláknech se během reakce pěstují i nanovlákna SiC. Rychlosti hmotnostní ablace a lineární ablace kompozitů C/C-ZRC a C/C-sic ZrC připravených experimenty jsou -0,32 mg/s, respektive 2,57 μm/s. Rychlosti hmotnostní a liniové ablace kompozitů C/C-sic -ZrC jsou -0,24 mg/sa 1,66 μm/s. Kompozity C/ C-ZRC s nanovlákny SiC mají lepší ablační vlastnosti. Později budou studovány vlivy různých zdrojů uhlíku na růst SiC nanovláken a mechanismus SiC nanovláken posilujících ablativní vlastnosti C/C-ZRC kompozitů.
Kompozitní povlak uhlík/uhlík kompozitní kelímek byl připraven procesem chemické paropropustnosti a reakcí in-situ. Kompozitní povlak se skládal z povlaku karbidu křemíku (100 ~ 300 μm), povlaku křemíku (10 ~ 20 μm) a povlaku nitridu křemíku (50 ~ 100 μm), které by mohly účinně inhibovat korozi křemíkových par na vnitřním povrchu kompozitu uhlík/uhlík. kelímek. Ve výrobním procesu je ztráta kompozitního potaženého uhlíkového/uhlíkového kompozitního kelímku 0,04 mm na pec a životnost může dosáhnout 180 pecí.
Čas odeslání: 22. února 2024