1 Primjena i napredak istraživanja prevlake silicijevog karbida u materijalima toplinskog polja ugljik/ugljik
1.1 Primjena i napredak istraživanja u pripremi lončića
U toplinskom polju monokristala,ugljen/ugljični lončićuglavnom se koristi kao posuda za nošenje silikonskog materijala i u kontaktu je skvarcni lončić, kao što je prikazano na slici 2. Radna temperatura lončića ugljik/ugljik je oko 1450 ℃, što je podvrgnuto dvostrukoj eroziji krutog silicija (silicijev dioksid) i silicijeve pare, i na kraju lončić postaje tanki ili ima prstenastu pukotinu , što je rezultiralo kvarom lončića.
Kompozitni premaz ugljik/ugljik kompozitni lončić pripremljen je postupkom kemijske paropropusnosti i reakcijom na licu mjesta. Kompozitni premaz sastojao se od premaza silicij karbida (100 ~ 300 μm), premaza silicija (10 ~ 20 μm) i premaza silicij nitrida (50 ~ 100 μm), koji bi mogao učinkovito spriječiti koroziju pare silicija na unutarnjoj površini kompozita ugljik/ugljik lončić. U proizvodnom procesu, gubitak lončića od kompozita presvučenog ugljikom/ugljikom je 0,04 mm po peći, a radni vijek može doseći 180 puta u peći.
Istraživači su koristili metodu kemijske reakcije za stvaranje jednolike prevlake od silicij-karbida na površini kompozitnog lončića ugljik/ugljik pod određenim temperaturnim uvjetima i uz zaštitu plina nosača, koristeći silicij-dioksid i metalni silicij kao sirovine u visokotemperaturnom sinteriranju peć. Rezultati pokazuju da obrada visokom temperaturom ne samo da poboljšava čistoću i čvrstoću sloja sic, već također značajno poboljšava otpornost na habanje površine kompozita ugljik/ugljik i sprječava koroziju površine lončića parama SiO i hlapljivi atomi kisika u peći monokristalnog silicija. Životni vijek lončića povećan je za 20% u usporedbi s vijekom trajanja lončića bez premaza.
1.2 Primjena i napredak istraživanja u cijevi za vođenje protoka
Vodeći cilindar nalazi se iznad lončića (kao što je prikazano na slici 1). U procesu izvlačenja kristala, temperaturna razlika između unutarnjeg i vanjskog polja je velika, posebno je donja površina najbliža rastaljenom silikonskom materijalu, temperatura je najviša, a korozija silicijskom parom je najozbiljnija.
Istraživači su izumili jednostavan postupak i dobru otpornost na oksidaciju antioksidacijskog premaza cijevi vodilice i metode pripreme. Prvo je na matrici vodeće cijevi na licu mjesta uzgojen sloj silicijevog karbida, a zatim je pripremljen gusti vanjski sloj silicij-karbida, tako da je između matrice i gustog površinskog sloja silicij-karbida formiran prijelazni sloj SiCw , kao što je prikazano na slici 3. Koeficijent toplinske ekspanzije bio je između matrice i silicijevog karbida. Može učinkovito smanjiti toplinsko naprezanje uzrokovano neusklađenošću koeficijenta toplinskog širenja.
Analiza pokazuje da se s povećanjem udjela SiCw smanjuje veličina i broj pukotina u prevlaci. Nakon 10 sati oksidacije u zraku od 1100 ℃, stopa gubitka težine uzorka premaza je samo 0,87% ~ 8,87%, a otpornost na oksidaciju i otpornost na toplinske udare premaza od silicijevog karbida znatno su poboljšani. Cijeli proces pripreme dovršava se kontinuirano kemijskim taloženjem iz pare, priprema premaza od silicij karbida je znatno pojednostavljena, a sveobuhvatna izvedba cijele mlaznice je ojačana.
Istraživači su predložili metodu ojačanja matrice i površinskog premazivanja grafitne vodeće cijevi za czohr monokristalni silicij. Dobivena suspenzija silicijevog karbida ravnomjerno je presvučena na površinu grafitne vodeće cijevi s debljinom premaza od 30~50 μm premazivanjem četkom ili raspršivanjem, a zatim stavljena u visokotemperaturnu peć za reakciju na licu mjesta, temperatura reakcije bila je 1850~2300 ℃, a očuvanje topline je bilo 2~6h. Vanjski sloj SiC može se koristiti u peći za rast monokristala od 24 inča (60,96 cm), a radna temperatura je 1500 ℃, a utvrđeno je da nema pucanja i pada praha na površini cilindra grafitne vodilice nakon 1500 sati. .
1.3 Primjena i napredak istraživanja izolacijskog cilindra
Kao jedna od ključnih komponenti sustava toplinskog polja monokristalnog silicija, izolacijski cilindar se uglavnom koristi za smanjenje gubitka topline i kontrolu temperaturnog gradijenta okoline toplinskog polja. Kao potporni dio izolacijskog sloja unutarnje stijenke monokristalne peći, korozija pare silicija dovodi do ispadanja troske i pucanja proizvoda, što na kraju dovodi do kvara proizvoda.
Kako bi dodatno poboljšali otpornost na koroziju pare silicija C/C-sic kompozitne izolacijske cijevi, istraživači su stavili pripremljene proizvode C/C-sic kompozitne izolacijske cijevi u peć za reakciju kemijske pare i pripremili gustu prevlaku od silicij karbida na površine proizvoda C/C-sic kompozitne izolacijske cijevi postupkom kemijskog taloženja iz pare. Rezultati pokazuju da se procesom može učinkovito spriječiti korozija ugljičnih vlakana na jezgri C/C-sic kompozita pomoću silicijeve pare, a otpornost na koroziju silicijeve pare povećana je 5 do 10 puta u usporedbi s ugljik/ugljik kompozitom, a životni vijek izolacijskog cilindra i sigurnost okoline toplinskog polja znatno su poboljšani.
2. Zaključak i perspektiva
Silicij karbidni premazse sve više i više koristi u materijalima toplinskog polja ugljik/ugljik zbog svoje izvrsne otpornosti na oksidaciju na visokim temperaturama. Uz sve veću veličinu materijala toplinskog polja ugljik/ugljik koji se koriste u proizvodnji monokristalnog silicija, hitan je problem kako poboljšati ujednačenost premaza silicij karbida na površini materijala toplinskog polja i produžiti radni vijek materijala toplinskog polja ugljik/ugljik. da se riješi.
S druge strane, s razvojem industrije monokristalnog silicija, potražnja za materijalima toplinskog polja visoke čistoće ugljika/ugljika također raste, a SiC nanovlakna također se uzgajaju na unutarnjim ugljičnim vlaknima tijekom reakcije. Brzina ablacije mase i linearne ablacije kompozita C/C-ZRC i C/C-sic ZrC pripremljenih eksperimentima iznose -0,32 mg/s, odnosno 2,57 μm/s. Brzine ablacije mase i linije C/C-sic -ZrC kompozita su -0,24mg/s odnosno 1,66 μm/s. C/C-ZRC kompoziti sa SiC nanovlaknima imaju bolja ablativna svojstva. Kasnije će se proučavati učinci različitih izvora ugljika na rast SiC nanovlakana i mehanizam SiC nanovlakana koja pojačavaju ablativna svojstva C/C-ZRC kompozita.
Kompozitni premaz ugljik/ugljik kompozitni lončić pripremljen je postupkom kemijske paropropusnosti i reakcijom na licu mjesta. Kompozitni premaz sastojao se od premaza silicij karbida (100 ~ 300 μm), premaza silicija (10 ~ 20 μm) i premaza silicij nitrida (50 ~ 100 μm), koji bi mogao učinkovito spriječiti koroziju pare silicija na unutarnjoj površini kompozita ugljik/ugljik lončić. U proizvodnom procesu, gubitak lončića od kompozita presvučenog ugljikom/ugljikom je 0,04 mm po peći, a radni vijek može doseći 180 puta u peći.
Vrijeme objave: 22. veljače 2024