1 Kemajuan penerapan dan penelitian lapisan silikon karbida pada bahan medan termal karbon/karbon
1.1 Kemajuan penerapan dan penelitian dalam persiapan wadah
Dalam medan termal kristal tunggal,wadah karbon/karbonterutama digunakan sebagai wadah pembawa bahan silikon dan bersentuhan denganwadah kuarsa, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Suhu kerja wadah karbon/karbon adalah sekitar 1450℃, yang mengalami erosi ganda antara silikon padat (silikon dioksida) dan uap silikon, dan akhirnya wadah menjadi tipis atau retak cincin, yang mengakibatkan kegagalan wadah tersebut.
Wadah komposit karbon/karbon pelapis komposit dibuat dengan proses permeasi uap kimia dan reaksi di tempat. Lapisan komposit terdiri dari lapisan silikon karbida (100~300μm), lapisan silikon (10~20μm) dan lapisan silikon nitrida (50~100μm), yang secara efektif dapat menghambat korosi uap silikon pada permukaan bagian dalam wadah komposit karbon/karbon. Dalam proses produksinya, kehilangan wadah komposit karbon/karbon berlapis komposit adalah 0,04 mm per tungku, dan masa pakai dapat mencapai 180 kali tungku.
Para peneliti menggunakan metode reaksi kimia untuk menghasilkan lapisan silikon karbida yang seragam pada permukaan wadah komposit karbon/karbon dalam kondisi suhu tertentu dan perlindungan gas pembawa, menggunakan silikon dioksida dan logam silikon sebagai bahan baku dalam sintering suhu tinggi. perapian. Hasilnya menunjukkan bahwa perlakuan suhu tinggi tidak hanya meningkatkan kemurnian dan kekuatan lapisan sic, tetapi juga sangat meningkatkan ketahanan aus pada permukaan komposit karbon/karbon, dan mencegah korosi pada permukaan wadah oleh uap SiO. dan atom oksigen yang mudah menguap dalam tungku silikon monokristal. Masa pakai wadah meningkat sebesar 20% dibandingkan dengan wadah tanpa lapisan sic.
1.2 Kemajuan aplikasi dan penelitian dalam tabung pemandu aliran
Silinder pemandu terletak di atas wadah (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1). Dalam proses penarikan kristal, perbedaan suhu antara di dalam dan di luar lapangan sangat besar, terutama permukaan bawah yang paling dekat dengan bahan silikon cair, suhunya paling tinggi, dan korosi oleh uap silikon paling parah.
Para peneliti menemukan proses sederhana dan ketahanan oksidasi yang baik dari metode pelapisan dan persiapan anti-oksidasi tabung pemandu. Pertama, lapisan kumis silikon karbida ditumbuhkan secara in-situ pada matriks tabung pemandu, dan kemudian lapisan luar silikon karbida padat disiapkan, sehingga terbentuk lapisan transisi SiCw antara matriks dan lapisan permukaan silikon karbida padat. , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Koefisien muai panas antara matriks dan silikon karbida. Hal ini secara efektif dapat mengurangi tekanan termal yang disebabkan oleh ketidakcocokan koefisien ekspansi termal.
Hasil analisis menunjukkan bahwa dengan bertambahnya kandungan SiCw maka ukuran dan jumlah retakan pada lapisan semakin berkurang. Setelah oksidasi 10 jam pada tahun 1100℃udara, tingkat kehilangan berat sampel pelapis hanya 0,87%~8,87%, dan ketahanan oksidasi serta ketahanan guncangan termal lapisan silikon karbida sangat meningkat. Seluruh proses persiapan diselesaikan terus menerus dengan deposisi uap kimia, persiapan lapisan silikon karbida sangat disederhanakan, dan kinerja komprehensif seluruh nosel diperkuat.
Para peneliti mengusulkan metode penguatan matriks dan pelapisan permukaan tabung pemandu grafit untuk silikon monokristal czohr. Bubur silikon karbida yang diperoleh dilapisi secara seragam pada permukaan tabung pemandu grafit dengan ketebalan lapisan 30~50μm dengan metode pelapisan kuas atau pelapisan semprot, dan kemudian ditempatkan dalam tungku suhu tinggi untuk reaksi di tempat, suhu reaksi adalah 1850~2300℃, dan pelestarian panas adalah 2~6 jam. Lapisan luar SiC dapat digunakan dalam tungku pertumbuhan kristal tunggal berukuran 24 inci (60,96 cm), dan suhu penggunaan adalah 1500℃, dan ditemukan bahwa tidak ada bubuk retak dan jatuh pada permukaan silinder pemandu grafit setelah 1500 jam.
1.3 Kemajuan aplikasi dan penelitian dalam silinder isolasi
Sebagai salah satu komponen kunci dari sistem medan termal silikon monokristalin, silinder insulasi terutama digunakan untuk mengurangi kehilangan panas dan mengontrol gradien suhu lingkungan medan termal. Sebagai bagian pendukung lapisan insulasi dinding bagian dalam tungku kristal tunggal, korosi uap silikon menyebabkan terak jatuh dan retak pada produk, yang pada akhirnya menyebabkan kegagalan produk.
Untuk lebih meningkatkan ketahanan korosi uap silikon pada tabung insulasi komposit C/ C-sic, para peneliti menempatkan produk tabung insulasi komposit C/ C-sic yang telah disiapkan ke dalam tungku reaksi uap kimia, dan menyiapkan lapisan silikon karbida padat pada tabung insulasi komposit C/ C-sic. permukaan produk tabung insulasi komposit C/ C-sic dengan proses pengendapan uap kimia. Hasilnya menunjukkan bahwa, Proses tersebut secara efektif dapat menghambat korosi serat karbon pada inti komposit C/C-sic oleh uap silikon, dan ketahanan korosi uap silikon meningkat 5 hingga 10 kali lipat dibandingkan dengan komposit karbon/karbon, dan masa pakai silinder insulasi serta keamanan lingkungan medan termal sangat meningkat.
2.Kesimpulan dan prospek
Lapisan silikon karbidasemakin banyak digunakan dalam bahan medan termal karbon/karbon karena ketahanan oksidasinya yang sangat baik pada suhu tinggi. Dengan meningkatnya ukuran bahan medan termal karbon/karbon yang digunakan dalam produksi silikon monokristalin, cara meningkatkan keseragaman lapisan silikon karbida pada permukaan bahan medan termal dan meningkatkan masa pakai bahan medan termal karbon/karbon telah menjadi masalah yang mendesak. untuk dipecahkan.
Di sisi lain, dengan berkembangnya industri silikon monokristalin, permintaan bahan medan termal karbon/karbon dengan kemurnian tinggi juga meningkat, dan serat nano SiC juga ditanam pada serat karbon internal selama reaksi. Laju ablasi massa dan ablasi linier komposit C/ C-ZRC dan C/ C-sic ZrC yang dibuat melalui eksperimen adalah -0,32 mg/s dan 2,57μm/s, masing-masing. Laju ablasi massa dan garis komposit C/ C-sic -ZrC adalah -0,24mg/s dan 1,66μm/s, masing-masing. Komposit C/C-ZRC dengan nanofiber SiC memiliki sifat ablatif yang lebih baik. Nantinya, pengaruh sumber karbon yang berbeda terhadap pertumbuhan nanofiber SiC dan mekanisme nanofiber SiC yang memperkuat sifat ablatif komposit C/C-ZRC akan dipelajari.
Wadah komposit karbon/karbon pelapis komposit dibuat dengan proses permeasi uap kimia dan reaksi di tempat. Lapisan komposit terdiri dari lapisan silikon karbida (100~300μm), lapisan silikon (10~20μm) dan lapisan silikon nitrida (50~100μm), yang secara efektif dapat menghambat korosi uap silikon pada permukaan bagian dalam wadah komposit karbon/karbon. Dalam proses produksinya, kehilangan wadah komposit karbon/karbon berlapis komposit adalah 0,04 mm per tungku, dan masa pakai dapat mencapai 180 kali tungku.
Waktu posting: 22 Februari 2024