1 Πρόοδος εφαρμογής και έρευνας επίστρωσης καρβιδίου του πυριτίου σε υλικά θερμικού πεδίου άνθρακα/άνθρακα
1.1 Πρόοδος εφαρμογής και έρευνας στην προετοιμασία του χωνευτηρίου
Στο μονοκρυσταλλικό θερμικό πεδίο, τοχωνευτήριο άνθρακα/άνθρακαχρησιμοποιείται κυρίως ως δοχείο μεταφοράς υλικού πυριτίου και έρχεται σε επαφή με τοχωνευτήριο χαλαζία, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Η θερμοκρασία λειτουργίας του χωνευτηρίου άνθρακα/άνθρακα είναι περίπου 1450℃, το οποίο υποβάλλεται σε διπλή διάβρωση στερεού πυριτίου (διοξείδιο του πυριτίου) και ατμού πυριτίου, και τελικά το χωνευτήριο γίνεται λεπτό ή έχει μια ρωγμή δακτυλίου , με αποτέλεσμα την αστοχία του χωνευτηρίου.
Ένα σύνθετο χωνευτήριο άνθρακα/άνθρακα επικάλυψης παρασκευάστηκε με διαδικασία χημικής διείσδυσης ατμών και in situ αντίδραση. Η σύνθετη επίστρωση αποτελούνταν από επίστρωση καρβιδίου του πυριτίου (100~300μm), επίστρωση πυριτίου (10~20μm) και επίστρωση νιτριδίου πυριτίου (50~100μm), η οποία θα μπορούσε αποτελεσματικά να αναστείλει τη διάβρωση του ατμού πυριτίου στην εσωτερική επιφάνεια του σύνθετου άνθρακα/άνθρακα χωνευτήριο. Στη διαδικασία παραγωγής, η απώλεια του σύνθετου χωνευτηρίου με επικάλυψη άνθρακα/άνθρακα είναι 0,04 mm ανά κλίβανο και η διάρκεια ζωής μπορεί να φτάσει τους 180 φορές κλιβάνου.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια μέθοδο χημικής αντίδρασης για να δημιουργήσουν μια ομοιόμορφη επίστρωση καρβιδίου του πυριτίου στην επιφάνεια του σύνθετου χωνευτηρίου άνθρακα/άνθρακα υπό ορισμένες συνθήκες θερμοκρασίας και την προστασία του φέροντος αερίου, χρησιμοποιώντας διοξείδιο του πυριτίου και μέταλλο πυριτίου ως πρώτες ύλες σε πυροσυσσωμάτωση υψηλής θερμοκρασίας κάμινος. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η επεξεργασία σε υψηλή θερμοκρασία όχι μόνο βελτιώνει την καθαρότητα και την αντοχή της επίστρωσης sic, αλλά επίσης βελτιώνει σημαντικά την αντίσταση στη φθορά της επιφάνειας του σύνθετου άνθρακα/άνθρακα και αποτρέπει τη διάβρωση της επιφάνειας του χωνευτηρίου από ατμούς SiO και πτητικά άτομα οξυγόνου στον κλίβανο μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Η διάρκεια ζωής του χωνευτηρίου αυξάνεται κατά 20% σε σύγκριση με εκείνη του χωνευτηρίου χωρίς επίστρωση sic.
1.2 Πρόοδος εφαρμογής και έρευνας στον σωλήνα οδηγό ροής
Ο οδηγός κύλινδρος βρίσκεται πάνω από το χωνευτήριο (όπως φαίνεται στο σχήμα 1). Στη διαδικασία της έλξης κρυστάλλων, η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ εντός και εκτός του πεδίου είναι μεγάλη, ειδικά η κάτω επιφάνεια είναι πιο κοντά στο λιωμένο υλικό πυριτίου, η θερμοκρασία είναι η υψηλότερη και η διάβρωση από ατμούς πυριτίου είναι η πιο σοβαρή.
Οι ερευνητές επινόησαν μια απλή διαδικασία και καλή αντίσταση στην οξείδωση της αντιοξειδωτικής επίστρωσης και της μεθόδου προετοιμασίας του σωλήνα οδηγού. Αρχικά, ένα στρώμα από μουστάκι καρβιδίου πυριτίου αναπτύχθηκε επί τόπου στη μήτρα του σωλήνα οδηγού και στη συνέχεια παρασκευάστηκε ένα πυκνό εξωτερικό στρώμα καρβιδίου πυριτίου, έτσι ώστε να σχηματιστεί ένα μεταβατικό στρώμα SiCw μεταξύ της μήτρας και του πυκνού επιφανειακού στρώματος καρβιδίου του πυριτίου , όπως φαίνεται στο Σχήμα 3. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής ήταν μεταξύ της μήτρας και του καρβιδίου του πυριτίου. Μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά τη θερμική καταπόνηση που προκαλείται από την αναντιστοιχία του συντελεστή θερμικής διαστολής.
Η ανάλυση δείχνει ότι με την αύξηση της περιεκτικότητας σε SiCw, το μέγεθος και ο αριθμός των ρωγμών στην επίστρωση μειώνονται. Μετά από 10 ώρες οξείδωσης σε αέρα 1100 ℃, ο ρυθμός απώλειας βάρους του δείγματος επικάλυψης είναι μόνο 0,87% ~ 8,87%, και η αντίσταση στην οξείδωση και η αντίσταση σε θερμικό σοκ της επικάλυψης καρβιδίου του πυριτίου βελτιώνονται σημαντικά. Η όλη διαδικασία προετοιμασίας ολοκληρώνεται συνεχώς με εναπόθεση χημικών ατμών, η προετοιμασία της επίστρωσης καρβιδίου του πυριτίου απλοποιείται σημαντικά και ενισχύεται η συνολική απόδοση ολόκληρου του ακροφυσίου.
Οι ερευνητές πρότειναν μια μέθοδο ενίσχυσης μήτρας και επιφανειακής επικάλυψης σωλήνα οδηγού γραφίτη για μονοκρυσταλλικό πυρίτιο czohr. Ο πολτός καρβιδίου του πυριτίου που λήφθηκε επικαλύφθηκε ομοιόμορφα στην επιφάνεια του σωλήνα οδηγού γραφίτη με πάχος επίστρωσης 30~50 μm με επίστρωση με βούρτσα ή επίστρωση με ψεκασμό και στη συνέχεια τοποθετήθηκε σε κλίβανο υψηλής θερμοκρασίας για επιτόπια αντίδραση, τη θερμοκρασία αντίδρασης ήταν 1850~2300 ℃ και η διατήρηση της θερμότητας ήταν 2~6h. Το εξωτερικό στρώμα SiC μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε έναν κλίβανο ανάπτυξης μονού κρυστάλλου 24 ιντσών (60,96 cm) και η θερμοκρασία χρήσης είναι 1500 ℃ και διαπιστώθηκε ότι δεν υπάρχει σκόνη και πτώση σκόνης στην επιφάνεια του κυλίνδρου οδήγησης γραφίτη μετά από 1500 ώρες .
1.3 Πρόοδος εφαρμογής και έρευνας στον μονωτικό κύλινδρο
Ως ένα από τα βασικά συστατικά του συστήματος θερμικού πεδίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου, ο κύλινδρος μόνωσης χρησιμοποιείται κυρίως για τη μείωση της απώλειας θερμότητας και τον έλεγχο της διαβάθμισης θερμοκρασίας του περιβάλλοντος θερμικού πεδίου. Ως υποστηρικτικό τμήμα του στρώματος μόνωσης του εσωτερικού τοιχώματος του κλιβάνου μονού κρυστάλλου, η διάβρωση ατμών πυριτίου οδηγεί σε πτώση σκωρίας και ρωγμές του προϊόντος, το οποίο τελικά οδηγεί σε αστοχία του προϊόντος.
Προκειμένου να ενισχυθεί περαιτέρω η αντοχή στη διάβρωση των ατμών πυριτίου του σύνθετου μονωτικού σωλήνα C/C-sic, οι ερευνητές έβαλαν τα παρασκευασμένα προϊόντα σύνθετου μονωτικού σωλήνα C/C-sic στον κλίβανο χημικής αντίδρασης ατμών και ετοίμασαν πυκνή επικάλυψη καρβιδίου του πυριτίου στο επιφάνεια των προϊόντων σύνθετου μονωτικού σωλήνα C/C-sic με διαδικασία χημικής εναπόθεσης ατμού. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι, η διαδικασία μπορεί να αναστείλει αποτελεσματικά τη διάβρωση των ινών άνθρακα στον πυρήνα του σύνθετου C/C-sic από ατμό πυριτίου και η αντίσταση στη διάβρωση του ατμού πυριτίου αυξάνεται κατά 5 έως 10 φορές σε σύγκριση με το σύνθετο άνθρακα/άνθρακα. και η διάρκεια ζωής του κυλίνδρου μόνωσης και η ασφάλεια του περιβάλλοντος θερμικού πεδίου βελτιώνονται σημαντικά.
2. Συμπέρασμα και προοπτική
Επικάλυψη καρβιδίου του πυριτίουχρησιμοποιείται όλο και πιο ευρέως σε υλικά θερμικού πεδίου άνθρακα/άνθρακα λόγω της εξαιρετικής αντοχής στην οξείδωση σε υψηλή θερμοκρασία. Με το αυξανόμενο μέγεθος των υλικών θερμικού πεδίου άνθρακα/άνθρακα που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή μονοκρυσταλλικού πυριτίου, ο τρόπος βελτίωσης της ομοιομορφίας της επικάλυψης καρβιδίου του πυριτίου στην επιφάνεια των υλικών θερμικού πεδίου και η βελτίωση της διάρκειας ζωής των υλικών θερμικού πεδίου άνθρακα/άνθρακα έχει γίνει επείγον πρόβλημα να λυθεί.
Από την άλλη πλευρά, με την ανάπτυξη της βιομηχανίας μονοκρυσταλλικού πυριτίου, η ζήτηση για υλικά θερμικού πεδίου άνθρακα/άνθρακα υψηλής καθαρότητας αυξάνεται επίσης και νανοΐνες SiC αναπτύσσονται επίσης στις εσωτερικές ίνες άνθρακα κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Οι ρυθμοί μαζικής κατάλυσης και γραμμικής κατάλυσης των σύνθετων υλικών C/C-ZRC και C/C-sic ZrC που παρασκευάστηκαν με πειράματα είναι -0,32 mg/s και 2,57 μm/s, αντίστοιχα. Οι ρυθμοί κατάλυσης μάζας και γραμμής των σύνθετων υλικών C/C-sic-ZrC είναι -0,24 mg/s και 1,66 μm/s, αντίστοιχα. Τα σύνθετα υλικά C/C-ZRC με νανοΐνες SiC έχουν καλύτερες αφαιρετικές ιδιότητες. Αργότερα, θα μελετηθούν οι επιδράσεις διαφορετικών πηγών άνθρακα στην ανάπτυξη των νανοϊνών SiC και ο μηχανισμός των νανοϊνών SiC που ενισχύουν τις αφαιρετικές ιδιότητες των σύνθετων υλικών C/C-ZRC.
Ένα σύνθετο χωνευτήριο άνθρακα/άνθρακα επικάλυψης παρασκευάστηκε με διαδικασία χημικής διείσδυσης ατμών και in situ αντίδραση. Η σύνθετη επίστρωση αποτελούνταν από επίστρωση καρβιδίου του πυριτίου (100~300μm), επίστρωση πυριτίου (10~20μm) και επίστρωση νιτριδίου πυριτίου (50~100μm), η οποία θα μπορούσε αποτελεσματικά να αναστείλει τη διάβρωση του ατμού πυριτίου στην εσωτερική επιφάνεια του σύνθετου άνθρακα/άνθρακα χωνευτήριο. Στη διαδικασία παραγωγής, η απώλεια του σύνθετου χωνευτηρίου με επικάλυψη άνθρακα/άνθρακα είναι 0,04 mm ανά κλίβανο και η διάρκεια ζωής μπορεί να φτάσει τους 180 φορές κλιβάνου.
Ώρα δημοσίευσης: Φεβ-22-2024