1 Սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթի կիրառումը և հետազոտության առաջընթացը ածխածնային/ածխածնային ջերմային դաշտի նյութերում
1.1 Հալոցքի պատրաստման կիրառման և հետազոտության առաջընթացը
Միաբյուրեղային ջերմային դաշտում,ածխածնային/ածխածնային հալոցքհիմնականում օգտագործվում է որպես սիլիկոնային նյութի տեղափոխման անոթ և շփվում է դրա հետքվարցե հալոց, ինչպես ցույց է տրված նկար 2-ում: Ածխածնային/ածխածնային հալոցի աշխատանքային ջերմաստիճանը մոտ 1450℃ է, որը ենթարկվում է պինդ սիլիցիումի (սիլիցիումի երկօքսիդ) և սիլիցիումի գոլորշու կրկնակի էրոզիայի, և վերջապես հալոցը դառնում է բարակ կամ ունենում է օղակաձև ճաք, ինչը հանգեցնում է հալոցի խափանմանը:
Քիմիական գոլորշու թափանցման և տեղում ռեակցիայի միջոցով պատրաստվել է կոմպոզիտային ծածկույթով ածխածնային/ածխածնային կոմպոզիտային հալոցք։ Կոմպոզիտային ծածկույթը բաղկացած էր սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթից (100~300 մկմ), սիլիցիումային ծածկույթից (10~20 մկմ) և սիլիցիումի նիտրիդային ծածկույթից (50~100 մկմ), որոնք կարող են արդյունավետորեն կանխել սիլիցիումի գոլորշու կոռոզիան ածխածնային/ածխածնային կոմպոզիտային հալոցի ներքին մակերեսին։ Արտադրության գործընթացում կոմպոզիտային ծածկույթով ածխածնային/ածխածնային կոմպոզիտային հալոցի կորուստը մեկ վառարանի համար կազմում է 0.04 մմ, իսկ ծառայության ժամկետը կարող է հասնել 180 վառարանային անգամի։
Հետազոտողները քիմիական ռեակցիայի մեթոդ են օգտագործել՝ որոշակի ջերմաստիճանային պայմաններում ածխածնային/ածխածնային կոմպոզիտային հալոցի մակերեսին միատարր սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթ ստանալու և կրող գազի պաշտպանության պայմաններում՝ բարձր ջերմաստիճանի սինթերային վառարանում որպես հումք օգտագործելով սիլիցիումի երկօքսիդը և մետաղական սիլիցիումը: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ բարձր ջերմաստիճանի մշակումը ոչ միայն բարելավում է սիկ ծածկույթի մաքրությունն ու ամրությունը, այլև զգալիորեն բարելավում է ածխածնային/ածխածնային կոմպոզիտի մակերեսի մաշվածության դիմադրությունը և կանխում է հալոցի մակերեսի կոռոզիան SiO2 գոլորշիների և ցնդող թթվածնի ատոմների կողմից մոնոբյուրեղային սիլիցիումային վառարանում: Հալոցի ծառայության ժամկետը 20%-ով երկարացել է սիկ ծածկույթ չունեցող հալոցի համեմատ:
1.2 Հոսքի ուղղորդող խողովակի կիրառման և հետազոտության առաջընթացը
Ուղղորդող գլանը գտնվում է հալոցքի վերևում (ինչպես ցույց է տրված նկար 1-ում): Բյուրեղի քաշման գործընթացում դաշտի ներսում և դրսում ջերմաստիճանի տարբերությունը մեծ է, հատկապես ներքևի մակերեսը ամենամոտն է հալված սիլիցիումային նյութին, ջերմաստիճանը ամենաբարձրն է, և սիլիցիումի գոլորշու կոռոզիան ամենալուրջն է:
Հետազոտողները հորինել են պարզ գործընթաց և ուղեցույց խողովակի հակաօքսիդացման լավ դիմադրություն ցուցաբերող ծածկույթ և պատրաստման մեթոդ: Սկզբում ուղեցույց խողովակի մատրիցայի վրա տեղում աճեցվել է սիլիցիումի կարբիդի բեղերի շերտ, ապա պատրաստվել է խիտ սիլիցիումի կարբիդի արտաքին շերտ, որպեսզի մատրիցի և խիտ սիլիցիումի կարբիդի մակերեսային շերտի միջև ձևավորվի SiCw անցումային շերտ, ինչպես ցույց է տրված նկար 3-ում: Ջերմային ընդարձակման գործակիցը մատրիցի և սիլիցիումի կարբիդի միջև է: Այն կարող է արդյունավետորեն նվազեցնել ջերմային ընդարձակման գործակցի անհամապատասխանության պատճառով առաջացած ջերմային լարվածությունը:
Վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ SiCw պարունակության աճին զուգընթաց ծածկույթի ճաքերի չափը և քանակը նվազում են։ 1100 ℃ օդում 10 ժամ օքսիդացումից հետո ծածկույթի նմուշի քաշի կորստի արագությունը կազմում է ընդամենը 0.87%~8.87%, և սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթի օքսիդացման դիմադրությունը և ջերմային ցնցումների դիմադրությունը զգալիորեն բարելավվում են։ Պատրաստման ամբողջ գործընթացն ավարտվում է քիմիական գոլորշիների նստեցմամբ, սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթի պատրաստումը զգալիորեն պարզեցվում է, և ամբողջ ծորակի համապարփակ աշխատանքը բարելավվում է։
Հետազոտողները առաջարկել են գրաֆիտային ուղեցույց խողովակի մատրիցային ամրացման և մակերեսային ծածկույթի մեթոդ՝ ցոր մոնոբյուրեղային սիլիցիումի համար: Ստացված սիլիցիումի կարբիդային խառնուրդը հավասարաչափ ծածկվել է գրաֆիտային ուղեցույց խողովակի մակերեսին՝ 30~50 մկմ ծածկույթի հաստությամբ՝ խոզանակով կամ ցողիչով ծածկույթի մեթոդով, այնուհետև տեղադրվել է բարձր ջերմաստիճանի վառարանում՝ տեղում ռեակցիայի համար, ռեակցիայի ջերմաստիճանը կազմել է 1850~2300 ℃, իսկ ջերմության պահպանումը՝ 2~6 ժամ: SiC արտաքին շերտը կարող է օգտագործվել 24 դյույմ (60.96 սմ) մոնոբյուրեղային աճեցման վառարանում, իսկ օգտագործման ջերմաստիճանը՝ 1500 ℃, և պարզվել է, որ 1500 ժամ անց գրաֆիտային ուղեցույց գլանի մակերեսին ճաքեր և փոշի չի թափվում:
1.3 Կիրառման և հետազոտության առաջընթացը մեկուսացման գլանի մեջ
Որպես մոնոբյուրեղային սիլիցիումային ջերմային դաշտի համակարգի հիմնական բաղադրիչներից մեկը, մեկուսիչ գլանը հիմնականում օգտագործվում է ջերմության կորուստը նվազեցնելու և ջերմային դաշտի միջավայրի ջերմաստիճանի գրադիենտը վերահսկելու համար: Որպես մոնոբյուրեղային վառարանի ներքին պատի մեկուսացման շերտի կրող մաս, սիլիցիումային գոլորշիների կոռոզիան հանգեցնում է խարամի թափմանը և արտադրանքի ճաքերի առաջացմանը, ինչը, ի վերջո, հանգեցնում է արտադրանքի խափանմանը:
C/C-sic կոմպոզիտային մեկուսիչ խողովակի սիլիցիումային գոլորշու կոռոզիոն դիմադրությունը հետագայում բարձրացնելու համար հետազոտողները պատրաստված C/C-sic կոմպոզիտային մեկուսիչ խողովակի արտադրանքը տեղադրել են քիմիական գոլորշու ռեակցիայի վառարանի մեջ և քիմիական գոլորշու նստեցման գործընթացով պատրաստել են C/C-sic կոմպոզիտային մեկուսիչ խողովակի արտադրանքի մակերեսին խիտ սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթ: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ գործընթացը կարող է արդյունավետորեն կանխել C/C-sic կոմպոզիտի միջուկի վրա ածխածնային մանրաթելի կոռոզիան սիլիցիումային գոլորշու միջոցով, և սիլիցիումային գոլորշու կոռոզիոն դիմադրությունը մեծանում է 5-10 անգամ՝ համեմատած ածխածնային/ածխածնային կոմպոզիտի հետ, և մեկուսիչ գլանի ծառայության ժամկետը և ջերմային դաշտի միջավայրի անվտանգությունը զգալիորեն բարելավվում են:
2. Եզրակացություն և հեռանկար
Սիլիկոնային կարբիդային ծածկույթԱվելի ու ավելի լայնորեն է օգտագործվում ածխածնային/ածխածնային ջերմային դաշտի նյութերում՝ բարձր ջերմաստիճաններում իր գերազանց օքսիդացման դիմադրության շնորհիվ: Մոնոբյուրեղային սիլիցիումի արտադրության մեջ օգտագործվող ածխածնային/ածխածնային ջերմային դաշտի նյութերի չափերի աճին զուգընթաց, ջերմային դաշտի նյութերի մակերեսին սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթի միատարրությունը բարելավելու և ածխածնային/ածխածնային ջերմային դաշտի նյութերի ծառայության ժամկետը բարելավելու խնդիրը դարձել է լուծման կարիք ունեցող հրատապ խնդիր:
Մյուս կողմից, մոնոբյուրեղային սիլիցիումի արդյունաբերության զարգացման հետ մեկտեղ, բարձր մաքրության ածխածնային/ածխածնային ջերմային դաշտի նյութերի պահանջարկը նույնպես աճում է, և SiC նանոմանրաթելերը նույնպես աճեցվում են ներքին ածխածնային մանրաթելերի վրա ռեակցիայի ընթացքում: Փորձերով պատրաստված C/C-ZRC և C/C-sic ZrC կոմպոզիտների զանգվածային աբլյացիայի և գծային աբլյացիայի արագությունները համապատասխանաբար -0.32 մգ/վրկ և 2.57 մկմ/վրկ են: C/C-sic-ZrC կոմպոզիտների զանգվածային և գծային աբլյացիայի արագությունները համապատասխանաբար -0.24 մգ/վրկ և 1.66 մկմ/վրկ են: SiC նանոմանրաթելերով C/C-ZRC կոմպոզիտներն ունեն ավելի լավ աբլյատիվ հատկություններ: Հետագայում կուսումնասիրվեն տարբեր ածխածնային աղբյուրների ազդեցությունը SiC նանոմանրաթելերի աճի վրա և SiC նանոմանրաթելերի մեխանիզմը, որոնք ամրապնդում են C/C-ZRC կոմպոզիտների աբլյատիվ հատկությունները:
Քիմիական գոլորշու թափանցման և տեղում ռեակցիայի միջոցով պատրաստվել է կոմպոզիտային ծածկույթով ածխածնային/ածխածնային կոմպոզիտային հալոցք։ Կոմպոզիտային ծածկույթը բաղկացած էր սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթից (100~300 մկմ), սիլիցիումային ծածկույթից (10~20 մկմ) և սիլիցիումի նիտրիդային ծածկույթից (50~100 մկմ), որոնք կարող են արդյունավետորեն կանխել սիլիցիումի գոլորշու կոռոզիան ածխածնային/ածխածնային կոմպոզիտային հալոցի ներքին մակերեսին։ Արտադրության գործընթացում կոմպոզիտային ծածկույթով ածխածնային/ածխածնային կոմպոզիտային հալոցի կորուստը մեկ վառարանի համար կազմում է 0.04 մմ, իսկ ծառայության ժամկետը կարող է հասնել 180 վառարանային անգամի։
Հրապարակման ժամանակը. Փետրվարի 22-2024