단결정 실리콘용 탄소/탄소 열전계 소재의 SiC 코팅 적용 및 연구 진행-2

1 탄소/탄소 열전계 재료에 탄화규소 코팅 적용 및 연구 진행

1.1 도가니 준비에 대한 응용 및 연구 진행

단결정 열장에서는탄소/탄소 도가니주로 실리콘 소재의 운반 용기로 사용되며석영 도가니, 그림 2에 표시된 대로. 탄소/탄소 도가니의 작동 온도는 약 1450°C입니다.℃, 이는 고체 실리콘(이산화규소)과 실리콘 증기의 이중 침식을 받아 최종적으로 도가니가 얇아지거나 링 크랙이 발생하여 도가니가 파손되는 원인이 됩니다.

화학증기투과 공정과 현장 반응을 통해 복합 코팅 탄소/탄소 복합 도가니를 제조하였다. 복합 코팅은 탄화규소 코팅(100~300)으로 구성되었습니다.μm), 실리콘코팅(10~20μm) 및 질화규소 코팅(50~100μm) 탄소/탄소 복합 도가니 내부 표면의 실리콘 증기 부식을 효과적으로 억제할 수 있습니다. 생산 과정에서 복합 코팅 탄소/탄소 복합 도가니의 손실은 노당 0.04mm이며 수명은 노 시간 180회에 도달할 수 있습니다.

연구진은 고온 소결 시 이산화규소와 금속규소를 원료로 사용하여 특정 온도 조건에서 탄소/탄소 복합 도가니 표면에 균일한 탄화규소 코팅을 생성하고 운반가스를 보호하는 화학반응 방식을 사용했다. 노. 결과는 고온 처리가 SIC 코팅의 순도와 강도를 향상시킬 뿐만 아니라 탄소/탄소 복합재 표면의 내마모성을 크게 향상시키며, SiO2 증기에 의한 도가니 표면의 부식을 방지함을 보여줍니다. 단결정 실리콘 용광로의 휘발성 산소 원자. 도가니의 수명은 SIC 코팅이 없는 도가니에 비해 20% 증가합니다.

1.2 유동유도관의 응용 및 연구 진행

가이드 실린더는 도가니 위에 위치합니다(그림 1 참조). 결정을 끌어당기는 과정에서는 장 내부와 외부의 온도차가 크며, 특히 바닥면이 용융된 실리콘 물질에 가장 가깝고 온도가 가장 높으며 실리콘 증기에 의한 부식이 가장 심각합니다.

연구진은 공정이 간단하고 내산화성이 우수한 유도관 항산화 코팅 및 제조방법을 개발했다. 먼저, 가이드 튜브의 매트릭스 위에 탄화규소 위스커 층을 인시튜(in-situ) 성장시킨 후, 치밀한 탄화규소 외부층을 제조하여, 매트릭스와 치밀한 탄화규소 표면층 사이에 SiCw 전이층을 형성시켰다. , 그림 3에 표시된 것처럼. 열팽창 계수는 매트릭스와 탄화규소 사이에 있었습니다. 열팽창 계수의 불일치로 인한 열 응력을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

분석에 따르면 SiCw 함량이 증가하면 코팅의 균열 크기와 수가 감소하는 것으로 나타났습니다. 1100에서 10시간 산화 후℃공기의 경우 코팅 샘플의 중량 감소율은 0.87%~8.87%에 불과하며 탄화규소 코팅의 내산화성과 열 충격 저항성이 크게 향상됩니다. 전체 준비 공정은 화학 기상 증착을 통해 연속적으로 완료되며 탄화 규소 코팅 준비가 크게 단순화되고 전체 노즐의 종합 성능이 강화됩니다.

연구진은 Czohr 단결정 실리콘용 흑연 유도관의 매트릭스 강화 및 표면 코팅 방법을 제안했다. 얻어진 탄화규소 슬러리는 흑연 유도관 표면에 코팅두께 30~50으로 균일하게 코팅되었다.μm 브러시 코팅 또는 스프레이 코팅 방법으로 현장 반응을 위해 고온로에 넣고 반응 온도는 1850 ~ 2300입니다.℃, 그리고 열 보존은 2~6h였습니다. SiC 외층은 24 in(60.96 cm) 단결정 성장로에서 사용 가능하며, 사용 온도는 1500 ℃입니다.℃, 1500h 이후 흑연 가이드 실린더 표면에 균열 및 낙하 가루가 없는 것으로 나타났습니다.

1.3 절연통의 응용 및 연구 진행

단결정 실리콘 열장 시스템의 핵심 구성 요소 중 하나인 절연 실린더는 주로 열 손실을 줄이고 열장 환경의 온도 구배를 제어하는 ​​데 사용됩니다. 단결정로 내벽 단열층 지지부로서 실리콘 증기 부식으로 인해 슬래그 낙하 및 제품 균열이 발생하여 결국 제품 불량으로 이어지게 됩니다.

C/C-sic 복합 단열 튜브의 실리콘 증기 부식 저항성을 더욱 강화하기 위해 연구진은 준비된 C/C-sic 복합 단열 튜브 제품을 화학 증기 반응로에 넣고, 그 위에 치밀한 탄화규소 코팅을 준비했습니다. 화학 기상 증착 공정을 통해 C/C-sic 복합 단열 튜브 제품의 표면을 코팅합니다. 그 결과, 이 공정은 실리콘 증기에 의해 C/C-sic 복합재료 코어의 탄소섬유 부식을 효과적으로 억제할 수 있으며, 실리콘 증기의 내식성은 탄소/탄소 복합재료에 비해 5~10배 증가하고, 절연 실린더의 수명과 열장 환경의 안전성이 크게 향상되었습니다.

2.결론 및 전망

실리콘 카바이드 코팅고온에서 우수한 내산화성으로 인해 탄소/탄소 열전계 재료에 점점 더 널리 사용되고 있습니다. 단결정 실리콘 생산에 사용되는 탄소/탄소 열전계 물질의 크기가 증가함에 따라, 어떻게 열전계 물질 표면의 탄화규소 코팅 균일성을 향상시키고 탄소/탄소 열전계 물질의 수명을 향상시킬 것인가가 시급한 문제가 되었습니다. 해결될 것입니다.

한편, 단결정 실리콘 산업의 발전에 따라 고순도 탄소/탄소 열전계 소재에 대한 수요도 증가하고 있으며, 반응 과정에서 내부 탄소섬유 위에도 SiC 나노섬유가 성장하게 된다. 실험을 통해 제조된 C/ C-ZRC 및 C/ C-sic ZrC 복합재의 대량 절제 및 선형 절제 속도는 -0.32 mg/s 및 2.57입니다.μm/s입니다. C/ C-sic -ZrC 복합재의 질량 및 라인 제거 속도는 -0.24mg/s 및 1.66입니다.μm/s입니다. SiC 나노섬유를 포함하는 C/C-ZRC 복합재는 더 나은 절삭 특성을 갖습니다. 나중에, SiC 나노섬유의 성장에 대한 다양한 탄소원의 영향과 C/C-ZRC 복합재의 절삭 특성을 강화하는 SiC 나노섬유의 메커니즘이 연구될 것입니다.

화학증기투과 공정과 현장 반응을 통해 복합 코팅 탄소/탄소 복합 도가니를 제조하였다. 복합 코팅은 탄화규소 코팅(100~300)으로 구성되었습니다.μm), 실리콘코팅(10~20μm) 및 질화규소 코팅(50~100μm) 탄소/탄소 복합 도가니 내부 표면의 실리콘 증기 부식을 효과적으로 억제할 수 있습니다. 생산 과정에서 복합 코팅 탄소/탄소 복합 도가니의 손실은 노당 0.04mm이며 수명은 노 시간 180회에 도달할 수 있습니다.