1 કાર્બન/કાર્બન થર્મલ ફિલ્ડ સામગ્રીમાં સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગની એપ્લિકેશન અને સંશોધનની પ્રગતિ
1.1 ક્રુસિબલ તૈયારીમાં એપ્લિકેશન અને સંશોધનની પ્રગતિ
સિંગલ ક્રિસ્ટલ થર્મલ ફિલ્ડમાં, ધકાર્બન/કાર્બન ક્રુસિબલતે મુખ્યત્વે સિલિકોન સામગ્રી માટે વહન જહાજ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે અને તેના સંપર્કમાં છેક્વાર્ટઝ ક્રુસિબલ, આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે. કાર્બન/કાર્બન ક્રુસિબલનું કાર્યકારી તાપમાન લગભગ 1450℃ છે, જે ઘન સિલિકોન (સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ) અને સિલિકોન વરાળના બેવડા ધોવાણને આધિન છે, અને અંતે ક્રુસિબલ પાતળું બને છે અથવા તેમાં રિંગ ક્રેક હોય છે. , ક્રુસિબલની નિષ્ફળતામાં પરિણમે છે.
એક સંયુક્ત કોટિંગ કાર્બન/કાર્બન કમ્પોઝિટ ક્રુસિબલ રાસાયણિક બાષ્પ પ્રવેશ પ્રક્રિયા અને ઇન-સીટુ પ્રતિક્રિયા દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવ્યું હતું. સંયુક્ત કોટિંગ સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગ (100~300μm), સિલિકોન કોટિંગ (10~20μm) અને સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ કોટિંગ (50~100μm) થી બનેલું હતું, જે કાર્બન/કાર્બન સંયોજનની આંતરિક સપાટી પર સિલિકોન વરાળના કાટને અસરકારક રીતે અટકાવી શકે છે. ક્રુસિબલ ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં, સંયુક્ત કોટેડ કાર્બન/કાર્બન કમ્પોઝિટ ક્રુસિબલનું નુકસાન પ્રતિ ભઠ્ઠી 0.04 મીમી છે, અને સેવા જીવન 180 ભઠ્ઠી વખત સુધી પહોંચી શકે છે.
સંશોધકોએ ચોક્કસ તાપમાનની પરિસ્થિતિઓમાં કાર્બન/કાર્બન કમ્પોઝિટ ક્રુસિબલની સપાટી પર સમાન સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગ બનાવવા માટે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિનો ઉપયોગ કર્યો હતો અને ઉચ્ચ-તાપમાન સિન્ટરિંગમાં કાચા માલ તરીકે સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ અને સિલિકોન મેટલનો ઉપયોગ કરીને વાહક ગેસનું રક્ષણ કર્યું હતું. ભઠ્ઠી પરિણામો દર્શાવે છે કે ઉચ્ચ તાપમાનની સારવાર માત્ર sic કોટિંગની શુદ્ધતા અને મજબૂતાઈમાં સુધારો કરે છે, પરંતુ કાર્બન/કાર્બન કમ્પોઝિટની સપાટીના વસ્ત્રો પ્રતિકારમાં પણ ઘણો સુધારો કરે છે અને SiO વરાળ દ્વારા ક્રુસિબલની સપાટીના કાટને અટકાવે છે. અને મોનોક્રિસ્ટલ સિલિકોન ભઠ્ઠીમાં અસ્થિર ઓક્સિજન અણુઓ. ક્રુસિબલની સર્વિસ લાઇફ sic કોટિંગ વિના ક્રુસિબલની સરખામણીમાં 20% વધી છે.
1.2 પ્રવાહ માર્ગદર્શિકા ટ્યુબમાં એપ્લિકેશન અને સંશોધનની પ્રગતિ
માર્ગદર્શિકા સિલિન્ડર ક્રુસિબલની ઉપર સ્થિત છે (આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે). ક્રિસ્ટલ ખેંચવાની પ્રક્રિયામાં, ક્ષેત્રની અંદર અને બહાર તાપમાનનો તફાવત મોટો હોય છે, ખાસ કરીને નીચેની સપાટી પીગળેલા સિલિકોન સામગ્રીની સૌથી નજીક હોય છે, તાપમાન સૌથી વધુ હોય છે, અને સિલિકોન વરાળ દ્વારા કાટ સૌથી ગંભીર હોય છે.
સંશોધકોએ માર્ગદર્શિકા ટ્યુબ વિરોધી ઓક્સિડેશન કોટિંગ અને તૈયારી પદ્ધતિની સરળ પ્રક્રિયા અને સારા ઓક્સિડેશન પ્રતિકારની શોધ કરી. પ્રથમ, માર્ગદર્શિકા ટ્યુબના મેટ્રિક્સ પર સિલિકોન કાર્બાઇડ વ્હિસ્કરનો એક સ્તર ઇન-સિટુ ઉગાડવામાં આવ્યો હતો, અને પછી ગાઢ સિલિકોન કાર્બાઇડ બાહ્ય સ્તર તૈયાર કરવામાં આવ્યો હતો, જેથી મેટ્રિક્સ અને ગાઢ સિલિકોન કાર્બાઇડ સપાટી સ્તર વચ્ચે એક SiCw સંક્રમણ સ્તર બનાવવામાં આવ્યું હતું. , આકૃતિ 3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે. થર્મલ વિસ્તરણનો ગુણાંક મેટ્રિક્સ અને સિલિકોન કાર્બાઇડ વચ્ચે હતો. તે થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંકના અસંગતતાને કારણે થર્મલ તણાવને અસરકારક રીતે ઘટાડી શકે છે.
વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે SiCw સામગ્રીના વધારા સાથે, કોટિંગમાં તિરાડોનું કદ અને સંખ્યા ઘટે છે. 1100 ℃ હવામાં 10h ઓક્સિડેશન પછી, કોટિંગ નમૂનાનો વજન ઘટાડવાનો દર માત્ર 0.87% ~ 8.87% છે, અને સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગના ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર અને થર્મલ શોક પ્રતિકારમાં ઘણો સુધારો થયો છે. સમગ્ર તૈયારી પ્રક્રિયા રાસાયણિક વરાળના જથ્થા દ્વારા સતત પૂર્ણ થાય છે, સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગની તૈયારી ખૂબ જ સરળ બનાવવામાં આવે છે, અને સમગ્ર નોઝલની વ્યાપક કામગીરીને મજબૂત બનાવવામાં આવે છે.
સંશોધકોએ સીઝોહર મોનોક્રિસ્ટલ સિલિકોન માટે ગ્રેફાઇટ માર્ગદર્શિકા ટ્યુબના મેટ્રિક્સને મજબૂત બનાવવા અને સપાટીના કોટિંગની પદ્ધતિનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. પ્રાપ્ત સિલિકોન કાર્બાઇડ સ્લરીને બ્રશ કોટિંગ અથવા સ્પ્રે કોટિંગ પદ્ધતિ દ્વારા 30~50 μm ની કોટિંગ જાડાઈ સાથે ગ્રેફાઇટ માર્ગદર્શિકા ટ્યુબની સપાટી પર સમાનરૂપે કોટ કરવામાં આવી હતી, અને પછી પરિસ્થિતિમાં પ્રતિક્રિયા માટે ઉચ્ચ તાપમાનની ભઠ્ઠીમાં મૂકવામાં આવી હતી, પ્રતિક્રિયા તાપમાન 1850~2300 ℃ હતું, અને ગરમીનું સંરક્ષણ 2~6h હતું. SiC આઉટર લેયરનો ઉપયોગ 24 in(60.96 cm) સિંગલ ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ ફર્નેસમાં થઈ શકે છે, અને ઉપયોગ તાપમાન 1500 ℃ છે, અને એવું જાણવા મળ્યું છે કે 1500h પછી ગ્રેફાઈટ ગાઈડ સિલિન્ડરની સપાટી પર કોઈ ક્રેકીંગ અને ફોલિંગ પાવડર નથી. .
1.3 ઇન્સ્યુલેશન સિલિન્ડરમાં એપ્લિકેશન અને સંશોધનની પ્રગતિ
મોનોક્રિસ્ટાલિન સિલિકોન થર્મલ ફિલ્ડ સિસ્ટમના મુખ્ય ઘટકોમાંના એક તરીકે, ઇન્સ્યુલેશન સિલિન્ડરનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ગરમીનું નુકસાન ઘટાડવા અને થર્મલ ફિલ્ડ પર્યાવરણના તાપમાનના ઢાળને નિયંત્રિત કરવા માટે થાય છે. સિંગલ ક્રિસ્ટલ ફર્નેસના આંતરિક દિવાલ ઇન્સ્યુલેશન સ્તરના સહાયક ભાગ તરીકે, સિલિકોન વરાળના કાટને લીધે ઉત્પાદન સ્લેગ ડ્રોપિંગ અને ક્રેકીંગ તરફ દોરી જાય છે, જે આખરે ઉત્પાદનની નિષ્ફળતા તરફ દોરી જાય છે.
C/ C-sic સંયુક્ત ઇન્સ્યુલેશન ટ્યુબના સિલિકોન બાષ્પ કાટ પ્રતિકારને વધુ વધારવા માટે, સંશોધકોએ તૈયાર C/ C-sic સંયુક્ત ઇન્સ્યુલેશન ટ્યુબ ઉત્પાદનોને રાસાયણિક વરાળ પ્રતિક્રિયા ભઠ્ઠીમાં મૂક્યા, અને ગાઢ સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગ તૈયાર કર્યું. રાસાયણિક વરાળ જમા કરવાની પ્રક્રિયા દ્વારા C/ C-sic સંયુક્ત ઇન્સ્યુલેશન ટ્યુબ ઉત્પાદનોની સપાટી. પરિણામો દર્શાવે છે કે, પ્રક્રિયા સિલિકોન વરાળ દ્વારા C/C-sic કમ્પોઝિટના કોર પર કાર્બન ફાઇબરના કાટને અસરકારક રીતે અટકાવી શકે છે, અને સિલિકોન વરાળનો કાટ પ્રતિકાર કાર્બન/કાર્બન સંયુક્તની તુલનામાં 5 થી 10 ગણો વધે છે, અને ઇન્સ્યુલેશન સિલિન્ડરની સર્વિસ લાઇફ અને થર્મલ ફિલ્ડ એન્વાયર્નમેન્ટની સલામતીમાં ઘણો સુધારો થયો છે.
2.નિષ્કર્ષ અને સંભાવના
સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગકાર્બન/કાર્બન થર્મલ ફિલ્ડ મટિરિયલ્સમાં વધુને વધુ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે કારણ કે ઊંચા તાપમાને તેના ઉત્તમ ઓક્સિડેશન પ્રતિકારને કારણે. મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન ઉત્પાદનમાં વપરાતા કાર્બન/કાર્બન થર્મલ ફિલ્ડ મટિરિયલ્સના વધતા કદ સાથે, થર્મલ ફિલ્ડ મટિરિયલ્સની સપાટી પર સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગની એકરૂપતાને કેવી રીતે સુધારવી અને કાર્બન/કાર્બન થર્મલ ફિલ્ડ મટિરિયલ્સની સર્વિસ લાઇફ કેવી રીતે સુધારવી તે એક તાત્કાલિક સમસ્યા બની ગઈ છે. ઉકેલવા માટે.
બીજી બાજુ, મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન ઉદ્યોગના વિકાસ સાથે, ઉચ્ચ-શુદ્ધતા કાર્બન/કાર્બન થર્મલ ફિલ્ડ સામગ્રીની માંગ પણ વધી રહી છે, અને પ્રતિક્રિયા દરમિયાન આંતરિક કાર્બન તંતુઓ પર SiC નેનોફાઇબર્સ પણ ઉગાડવામાં આવે છે. પ્રયોગો દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવેલ C/ C-ZRC અને C/ C-sic ZrC સંયોજનોના સામૂહિક વિસર્જન અને રેખીય નિવારણ દર અનુક્રમે -0.32 mg/s અને 2.57 μm/s છે. C/ C-sic -ZrC કમ્પોઝિટના સમૂહ અને રેખા વિસર્જન દર અનુક્રમે -0.24mg/s અને 1.66 μm/s છે. SiC નેનોફાઇબર્સ સાથેના C/ C-ZRC કમ્પોઝીટમાં વધુ સારી રીતે ઘટાડાના ગુણો છે. બાદમાં, SiC નેનોફાઇબર્સના વિકાસ પર વિવિધ કાર્બન સ્ત્રોતોની અસરો અને C/C-ZRC કંપોઝીટ્સના ઘટાડાના ગુણધર્મોને મજબૂત બનાવતી SiC નેનોફાઇબર્સની પદ્ધતિનો અભ્યાસ કરવામાં આવશે.
એક સંયુક્ત કોટિંગ કાર્બન/કાર્બન કમ્પોઝિટ ક્રુસિબલ રાસાયણિક બાષ્પ પ્રવેશ પ્રક્રિયા અને ઇન-સીટુ પ્રતિક્રિયા દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવ્યું હતું. સંયુક્ત કોટિંગ સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગ (100~300μm), સિલિકોન કોટિંગ (10~20μm) અને સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ કોટિંગ (50~100μm) થી બનેલું હતું, જે કાર્બન/કાર્બન સંયોજનની આંતરિક સપાટી પર સિલિકોન વરાળના કાટને અસરકારક રીતે અટકાવી શકે છે. ક્રુસિબલ ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં, સંયુક્ત કોટેડ કાર્બન/કાર્બન કમ્પોઝિટ ક્રુસિબલનું નુકસાન પ્રતિ ભઠ્ઠી 0.04 મીમી છે, અને સેવા જીવન 180 ભઠ્ઠી વખત સુધી પહોંચી શકે છે.
પોસ્ટ સમય: ફેબ્રુઆરી-22-2024