Cymhwyso a chynnydd ymchwil cotio SiC mewn deunyddiau maes thermol carbon/carbon ar gyfer silicon monocrisialog-2

1 Cymhwyso a chynnydd ymchwil cotio carbid silicon mewn deunyddiau maes thermol carbon/carbon

1.1 Cymhwyso a chynnydd ymchwil wrth baratoi croesiad

Yn y maes thermol grisial sengl, mae'rcarbon/crosible carbonyn cael ei ddefnyddio'n bennaf fel llong cario ar gyfer deunydd silicon ac mae mewn cysylltiad â'rcrucible cwarts, fel y dangosir yn Ffigur 2. Mae tymheredd gweithio'r crucible carbon/carbon tua 1450 ℃, sy'n destun erydiad dwbl o silicon solet (silicon deuocsid) ac anwedd silicon, ac yn olaf mae'r crucible yn denau neu mae ganddo grac cylch. , gan arwain at fethiant y crucible.

Paratowyd crucible cotio carbon/carbon cyfansawdd trwy broses treiddio anwedd cemegol ac adwaith yn y fan a'r lle. Roedd y cotio cyfansawdd yn cynnwys cotio carbid silicon (100 ~ 300 μm), cotio silicon (10 ~ 20μm) a gorchudd nitrid silicon (50 ~ 100 μm), a allai atal cyrydiad anwedd silicon yn effeithiol ar wyneb mewnol carbon / cyfansawdd carbon crucible. Yn y broses gynhyrchu, mae colled y crucible cyfansawdd carbon/carbon cyfansawdd wedi'i orchuddio â charbon yn 0.04 mm fesul ffwrnais, a gall bywyd y gwasanaeth gyrraedd 180 o weithiau ffwrnais.

Defnyddiodd yr ymchwilwyr ddull adwaith cemegol i gynhyrchu cotio carbid silicon unffurf ar wyneb y crucible cyfansawdd carbon / carbon o dan amodau tymheredd penodol ac amddiffyn nwy cludo, gan ddefnyddio silicon deuocsid a metel silicon fel deunyddiau crai mewn sintro tymheredd uchel. ffwrnais. Mae'r canlyniadau'n dangos bod y driniaeth tymheredd uchel nid yn unig yn gwella purdeb a chryfder y cotio sic, ond hefyd yn gwella ymwrthedd gwisgo arwyneb y cyfansawdd carbon / carbon yn fawr, ac yn atal cyrydiad wyneb y crucible gan anwedd SiO ac atomau ocsigen anweddol yn y ffwrnais silicon monocrystal. Mae bywyd gwasanaeth y crucible yn cynyddu 20% o'i gymharu â bywyd y crucible heb orchudd sic.

1.2 Cais ac ymchwil cynnydd mewn tiwb canllaw llif

Mae'r silindr canllaw wedi'i leoli uwchben y crucible (fel y dangosir yn Ffigur 1). Yn y broses o dynnu grisial, mae'r gwahaniaeth tymheredd rhwng y tu mewn a'r tu allan i'r cae yn fawr, yn enwedig yr wyneb gwaelod sydd agosaf at y deunydd silicon tawdd, y tymheredd yw'r uchaf, a'r cyrydiad gan anwedd silicon yw'r mwyaf difrifol.

Dyfeisiodd yr ymchwilwyr broses syml a gwrthiant ocsideiddio da y tiwb canllaw cotio gwrth-ocsidiad a dull paratoi. Yn gyntaf, tyfwyd haen o wisger carbid silicon yn-situ ar fatrics y tiwb canllaw, ac yna paratowyd haen allanol carbid silicon trwchus, fel bod haen drawsnewid SiCw yn cael ei ffurfio rhwng y matrics a'r haen arwyneb carbid silicon trwchus. , fel y dangosir yn Ffigur 3. Roedd y cyfernod ehangu thermol rhwng y matrics a silicon carbid. Gall leihau'r straen thermol a achosir gan ddiffyg cyfatebiaeth cyfernod ehangu thermol yn effeithiol.

Mae'r dadansoddiad yn dangos, gyda chynnydd cynnwys SiCw, bod maint a nifer y craciau yn y cotio yn lleihau. Ar ôl ocsidiad 10h mewn 1100 ℃ aer, dim ond 0.87% ~ 8.87% yw cyfradd colli pwysau'r sampl cotio, ac mae ymwrthedd ocsideiddio a gwrthiant sioc thermol y cotio carbid silicon wedi gwella'n fawr. Mae'r broses baratoi gyfan yn cael ei chwblhau'n barhaus trwy ddyddodiad anwedd cemegol, mae paratoi cotio carbid silicon wedi'i symleiddio'n fawr, ac mae perfformiad cynhwysfawr y ffroenell gyfan yn cael ei gryfhau.

Cynigiodd yr ymchwilwyr ddull o gryfhau matrics a gorchuddio wyneb tiwb canllaw graffit ar gyfer silicon monocrystal czohr. Roedd y slyri carbid silicon a gafwyd wedi'i orchuddio'n unffurf ar wyneb y tiwb canllaw graffit gyda thrwch cotio o 30 ~ 50 μm trwy gyfrwng cotio brwsh neu ddull cotio chwistrellu, ac yna ei roi mewn ffwrnais tymheredd uchel ar gyfer adwaith yn y fan a'r lle, tymheredd yr adwaith. oedd 1850 ~ 2300 ℃, ac roedd y cadw gwres yn 2 ~ 6h. Gellir defnyddio haen allanol SiC mewn ffwrnais twf grisial sengl 24 mewn (60.96 cm), a'r tymheredd defnydd yw 1500 ℃, a chanfyddir nad oes unrhyw gracio a phowdr yn disgyn ar wyneb y silindr canllaw graffit ar ôl 1500h. .

1.3 Cais ac ymchwil cynnydd mewn silindr inswleiddio

Fel un o gydrannau allweddol y system maes thermol silicon monocrystalline, defnyddir y silindr inswleiddio yn bennaf i leihau colli gwres a rheoli graddiant tymheredd yr amgylchedd maes thermol. Fel rhan gefnogol o haen inswleiddio wal fewnol ffwrnais grisial sengl, mae cyrydiad anwedd silicon yn arwain at ollwng slag a chracio'r cynnyrch, sy'n arwain at fethiant y cynnyrch yn y pen draw.

Er mwyn gwella ymhellach ymwrthedd cyrydiad anwedd silicon y tiwb inswleiddio cyfansawdd C / C-sic, rhoddodd yr ymchwilwyr y cynhyrchion tiwb inswleiddio cyfansawdd C / C-sic a baratowyd yn y ffwrnais adwaith anwedd cemegol, a pharatoi gorchudd carbid silicon trwchus ar y wyneb y tiwb inswleiddio cyfansawdd C/C-sic trwy broses dyddodiad anwedd cemegol. Mae'r canlyniadau'n dangos, Gall y broses atal cyrydiad ffibr carbon yn effeithiol ar graidd cyfansawdd C / C-sic gan anwedd silicon, a chynyddir ymwrthedd cyrydiad anwedd silicon 5 i 10 gwaith o'i gymharu â chyfansawdd carbon / carbon, ac mae bywyd gwasanaeth y silindr inswleiddio a diogelwch yr amgylchedd maes thermol yn cael eu gwella'n fawr.

2.Conclusion a rhagolygon

Cotio silicon carbidyn cael ei ddefnyddio'n fwy a mwy eang mewn deunyddiau maes thermol carbon / carbon oherwydd ei wrthwynebiad ocsideiddio rhagorol ar dymheredd uchel. Gyda maint cynyddol deunyddiau maes thermol carbon / carbon a ddefnyddir wrth gynhyrchu silicon monocrystalline, mae sut i wella unffurfiaeth cotio carbid silicon ar wyneb deunyddiau maes thermol a gwella bywyd gwasanaeth deunyddiau maes thermol carbon / carbon wedi dod yn broblem frys i'w datrys.

Ar y llaw arall, gyda datblygiad y diwydiant silicon monocrystalline, mae'r galw am ddeunyddiau maes thermol carbon / carbon purdeb uchel hefyd yn cynyddu, ac mae nanoffibrau SiC hefyd yn cael eu tyfu ar y ffibrau carbon mewnol yn ystod yr adwaith. Cyfraddau abladiad màs ac abladiad llinol cyfansoddion C/ C-ZRC a C/ C-sic ZrC a baratowyd gan arbrofion yw -0.32 mg/s a 2.57 μm/s, yn y drefn honno. Cyfraddau abladiad màs a llinell cyfansoddion C/ C-sic -ZrC yw -0.24mg/s ac 1.66 μm/s, yn y drefn honno. Mae gan y cyfansoddion C/ C-ZRC gyda nanofiberau SiC briodweddau abladol gwell. Yn ddiweddarach, astudir effeithiau gwahanol ffynonellau carbon ar dwf nanofibers SiC a mecanwaith nanofiberau SiC sy'n atgyfnerthu priodweddau abladol cyfansoddion C/ C-ZRC.

Paratowyd crucible cotio carbon/carbon cyfansawdd trwy broses treiddio anwedd cemegol ac adwaith yn y fan a'r lle. Roedd y cotio cyfansawdd yn cynnwys cotio carbid silicon (100 ~ 300 μm), cotio silicon (10 ~ 20μm) a gorchudd nitrid silicon (50 ~ 100 μm), a allai atal cyrydiad anwedd silicon yn effeithiol ar wyneb mewnol carbon / cyfansawdd carbon crucible. Yn y broses gynhyrchu, mae colled y crucible cyfansawdd carbon/carbon cyfansawdd wedi'i orchuddio â charbon yn 0.04 mm fesul ffwrnais, a gall bywyd y gwasanaeth gyrraedd 180 o weithiau ffwrnais.