1 Applicazione e progresso della ricerca del rivestimento in carburo di silicio nei materiali del campo termico carbonio/carbonio
1.1 Applicazione e progresso della ricerca nella preparazione dei crogioli
Nel campo termico monocristallino, ilcarbonio/crogiolo di carbonioviene utilizzato principalmente come recipiente per il trasporto di materiale siliconico ed è in contatto con ilcrogiolo di quarzo, come mostrato nella Figura 2. La temperatura di lavoro del crogiolo carbonio/carbonio è di circa 1450 ℃, che è soggetto alla doppia erosione del silicio solido (biossido di silicio) e del vapore di silicio, e infine il crogiolo diventa sottile o presenta una fessura anulare , con conseguente rottura del crogiolo.
Un crogiolo composito di rivestimento composito carbonio/carbonio è stato preparato mediante un processo di permeazione chimica del vapore e una reazione in situ. Il rivestimento composito era composto da rivestimento in carburo di silicio (100~300μm), rivestimento in silicio (10~20μm) e rivestimento in nitruro di silicio (50~100μm), che poteva inibire efficacemente la corrosione del vapore di silicio sulla superficie interna del composito carbonio/carbonio. crogiolo. Nel processo di produzione, la perdita del crogiolo composito rivestito di carbonio/composito di carbonio è di 0,04 mm per forno e la durata di servizio può raggiungere 180 volte del forno.
I ricercatori hanno utilizzato un metodo di reazione chimica per generare un rivestimento uniforme di carburo di silicio sulla superficie del crogiolo composito carbonio/carbonio in determinate condizioni di temperatura e la protezione del gas vettore, utilizzando biossido di silicio e silicio metallico come materie prime in un processo di sinterizzazione ad alta temperatura. forno. I risultati mostrano che il trattamento ad alta temperatura non solo migliora la purezza e la resistenza del rivestimento in sic, ma migliora anche notevolmente la resistenza all'usura della superficie del composito carbonio/carbonio e previene la corrosione della superficie del crogiolo da parte del vapore di SiO e atomi di ossigeno volatile nel forno di silicio monocristallino. La durata del crogiolo è aumentata del 20% rispetto a quella del crogiolo senza rivestimento in sic.
1.2 Applicazione e progresso della ricerca nel tubo guidaflusso
Il cilindro di guida si trova sopra il crogiolo (come mostrato nella Figura 1). Nel processo di estrazione dei cristalli, la differenza di temperatura tra l'interno e l'esterno del campo è ampia, in particolare la superficie inferiore è più vicina al materiale di silicio fuso, la temperatura è la più alta e la corrosione da vapore di silicio è la più grave.
I ricercatori hanno inventato un processo semplice e una buona resistenza all'ossidazione del rivestimento antiossidante del tubo guida e del metodo di preparazione. Innanzitutto, uno strato di whisker di carburo di silicio è stato cresciuto in situ sulla matrice del tubo guida, quindi è stato preparato uno strato esterno denso di carburo di silicio, in modo che si formasse uno strato di transizione SiCw tra la matrice e lo strato superficiale denso di carburo di silicio , come mostrato nella Figura 3. Il coefficiente di dilatazione termica era tra la matrice e il carburo di silicio. Può ridurre efficacemente lo stress termico causato dalla mancata corrispondenza del coefficiente di dilatazione termica.
L'analisi mostra che con l'aumento del contenuto di SiCw, la dimensione e il numero delle crepe nel rivestimento diminuiscono. Dopo 10 ore di ossidazione in aria a 1100 ℃, il tasso di perdita di peso del campione di rivestimento è solo dello 0,87%~8,87% e la resistenza all'ossidazione e alla resistenza allo shock termico del rivestimento in carburo di silicio sono notevolmente migliorate. L'intero processo di preparazione viene completato continuamente mediante deposizione chimica di vapori, la preparazione del rivestimento in carburo di silicio è notevolmente semplificata e le prestazioni complete dell'intero ugello vengono rafforzate.
I ricercatori hanno proposto un metodo di rafforzamento della matrice e rivestimento superficiale del tubo guida in grafite per il silicio monocristallino czohr. L'impasto liquido di carburo di silicio ottenuto è stato rivestito uniformemente sulla superficie del tubo guida in grafite con uno spessore di rivestimento di 30~50 μm mediante rivestimento a pennello o metodo di rivestimento a spruzzo, quindi collocato in un forno ad alta temperatura per la reazione in situ, la temperatura di reazione era di 1850~2300 ℃ e la conservazione del calore era di 2~6 ore. Lo strato esterno SiC può essere utilizzato in un forno di crescita a cristallo singolo da 24 pollici (60,96 cm) e la temperatura di utilizzo è di 1500 ℃ e si è riscontrato che non vi sono crepe o polvere che cade sulla superficie del cilindro di guida in grafite dopo 1500 ore .
1.3 Applicazione e progresso della ricerca nel cilindro isolante
Essendo uno dei componenti chiave del sistema del campo termico in silicio monocristallino, il cilindro isolante viene utilizzato principalmente per ridurre la perdita di calore e controllare il gradiente di temperatura dell'ambiente del campo termico. Come parte di supporto dello strato isolante della parete interna del forno monocristallino, la corrosione del vapore di silicio porta alla caduta di scorie e alla rottura del prodotto, che alla fine porta al guasto del prodotto.
Per migliorare ulteriormente la resistenza alla corrosione del vapore di silicio del tubo isolante composito C/C-sic, i ricercatori hanno inserito i prodotti preparati del tubo isolante composito C/C-sic nel forno di reazione chimica del vapore e hanno preparato un denso rivestimento in carburo di silicio sul superficie dei prodotti del tubo isolante composito C/C-sic mediante processo di deposizione chimica da vapore. I risultati mostrano che il processo può inibire efficacemente la corrosione della fibra di carbonio sul nucleo del composito C/C-sic da parte del vapore di silicio e la resistenza alla corrosione del vapore di silicio è aumentata da 5 a 10 volte rispetto al composito carbonio/carbonio. e la durata del cilindro isolante e la sicurezza dell'ambiente del campo termico sono notevolmente migliorate.
2.Conclusioni e prospettive
Rivestimento in carburo di silicioè sempre più ampiamente utilizzato nei materiali per campo termico carbonio/carbonio grazie alla sua eccellente resistenza all'ossidazione ad alta temperatura. Con l'aumento delle dimensioni dei materiali del campo termico in carbonio/carbonio utilizzati nella produzione di silicio monocristallino, come migliorare l'uniformità del rivestimento in carburo di silicio sulla superficie dei materiali del campo termico e migliorare la durata dei materiali del campo termico in carbonio/carbonio è diventato un problema urgente da risolvere.
D'altra parte, con lo sviluppo dell'industria del silicio monocristallino, è in aumento anche la domanda di materiali per campi termici in carbonio/carbonio di elevata purezza e durante la reazione vengono coltivate anche nanofibre di SiC sulle fibre di carbonio interne. Le velocità di ablazione di massa e di ablazione lineare dei compositi C/C-ZRC e C/C-sic ZrC preparati dagli esperimenti sono rispettivamente -0,32 mg/s e 2,57 μm/s. I tassi di ablazione di massa e di linea dei compositi C/C-sic -ZrC sono rispettivamente -0,24 mg/s e 1,66 μm/s. I compositi C/C-ZRC con nanofibre SiC hanno proprietà ablative migliori. Successivamente, verranno studiati gli effetti di diverse fonti di carbonio sulla crescita delle nanofibre di SiC e il meccanismo con cui le nanofibre di SiC rinforzano le proprietà ablative dei compositi C/C-ZRC.
Un crogiolo composito di rivestimento composito carbonio/carbonio è stato preparato mediante un processo di permeazione chimica del vapore e una reazione in situ. Il rivestimento composito era composto da rivestimento in carburo di silicio (100~300μm), rivestimento in silicio (10~20μm) e rivestimento in nitruro di silicio (50~100μm), che poteva inibire efficacemente la corrosione del vapore di silicio sulla superficie interna del composito carbonio/carbonio. crogiolo. Nel processo di produzione, la perdita del crogiolo composito rivestito di carbonio/composito di carbonio è di 0,04 mm per forno e la durata di servizio può raggiungere 180 volte del forno.
Orario di pubblicazione: 22 febbraio 2024