SiC pārklājuma pielietojums un izpētes gaita oglekļa/oglekļa termiskā lauka materiālos monokristāliskajam silīcijam-2

1 Silīcija karbīda pārklājuma pielietojums un izpētes gaita oglekļa/oglekļa termiskā lauka materiālos

1.1. Pielietojums un pētniecības progress tīģeļu sagatavošanā

Vienkristāla termiskajā laukāogleklis/oglekļa tīģelisgalvenokārt tiek izmantots kā silīcija materiāla transportēšanas tvertne un ir saskarē arkvarca tīģelis, kā parādīts 2. attēlā. Oglekļa/oglekļa tīģeļa darba temperatūra ir aptuveni 1450 ℃, kas tiek pakļauta cietā silīcija (silīcija dioksīda) un silīcija tvaiku dubultai erozijai, un visbeidzot tīģelis kļūst plāns vai tam ir gredzenveida plaisa. , kā rezultātā tīģelis sabojājas.

Kompozītmateriāla pārklājuma oglekļa / oglekļa kompozītmateriālu tīģelis tika sagatavots ar ķīmisko tvaiku caurlaidības procesu un in situ reakciju. Kompozītmateriālu pārklājums sastāvēja no silīcija karbīda pārklājuma (100–300 μm), silīcija pārklājuma (10–20 μm) un silīcija nitrīda pārklājuma (50–100 μm), kas varētu efektīvi kavēt silīcija tvaiku koroziju uz oglekļa / oglekļa kompozīta iekšējās virsmas. tīģelis. Ražošanas procesā kompozītmateriāla pārklājuma oglekļa/oglekļa kompozītmateriāla tīģeļa zudums ir 0,04 mm uz krāsni, un kalpošanas laiks var sasniegt 180 krāsns reizes.

Pētnieki izmantoja ķīmiskās reakcijas metodi, lai radītu vienmērīgu silīcija karbīda pārklājumu uz oglekļa/oglekļa kompozītmateriāla tīģeļa virsmas noteiktos temperatūras apstākļos un nesējgāzes aizsardzībā, izmantojot silīcija dioksīdu un silīcija metālu kā izejvielas augstas temperatūras saķepināšanas procesā. krāsns. Rezultāti liecina, ka augstas temperatūras apstrāde ne tikai uzlabo sic pārklājuma tīrību un izturību, bet arī ievērojami uzlabo oglekļa/oglekļa kompozīta virsmas nodilumizturību un novērš tīģeļa virsmas koroziju ar SiO tvaiku. un gaistošie skābekļa atomi monokristālu silīcija krāsnī. Tīģeļa kalpošanas laiks ir palielināts par 20%, salīdzinot ar tīģeļa bez pārklājuma kalpošanas laiku.

1.2. Plūsmas virzošās caurules pielietojums un izpētes progress

Vadošais cilindrs atrodas virs tīģeļa (kā parādīts 1. attēlā). Kristālu vilkšanas procesā temperatūras starpība laukā un ārpus tā ir liela, jo īpaši apakšējā virsma ir vistuvāk izkausētajam silīcija materiālam, temperatūra ir visaugstākā, un silīcija tvaiku izraisītā korozija ir visnopietnākā.

Pētnieki izgudroja vienkāršu procesu un labu vadošās caurules antioksidācijas pārklājuma un sagatavošanas metodes oksidācijas izturību. Vispirms uz vadošās caurules matricas in situ tika uzaudzēts silīcija karbīda ūsas slānis un pēc tam sagatavots blīvs silīcija karbīda ārējais slānis, lai starp matricu un blīvo silīcija karbīda virsmas slāni izveidotu SiCw pārejas slāni. , kā parādīts 3. attēlā. Termiskās izplešanās koeficients bija starp matricu un silīcija karbīdu. Tas var efektīvi samazināt termisko spriegumu, ko izraisa termiskās izplešanās koeficienta neatbilstība.

Analīze parāda, ka, palielinoties SiCw saturam, pārklājuma plaisu izmērs un skaits samazinās. Pēc 10 stundu oksidēšanas 1100 ℃ gaisā pārklājuma parauga svara zuduma ātrums ir tikai 0,87% ~ 8,87%, un silīcija karbīda pārklājuma oksidācijas pretestība un termiskā triecienizturība ir ievērojami uzlabota. Viss sagatavošanas process tiek nepārtraukti pabeigts ar ķīmisko tvaiku pārklāšanu, silīcija karbīda pārklājuma sagatavošana ir ievērojami vienkāršota, un tiek stiprināta visa sprauslas visaptverošā veiktspēja.

Pētnieki ierosināja grafīta virzošās caurules matricas stiprināšanas un virsmas pārklājuma metodi czohr monokristāla silīcijam. Iegūtā silīcija karbīda suspensija tika vienmērīgi pārklāta uz grafīta vadotnes caurules virsmas ar pārklājuma biezumu 30–50 μm, izmantojot otu vai smidzināšanas pārklāšanas metodi, un pēc tam ievietoja augstas temperatūras krāsnī reakcijai in situ, reakcijas temperatūrai. bija 1850 ~ 2300 ℃, un siltuma saglabāšana bija 2 ~ 6 stundas. SiC ārējo slāni var izmantot 24 collu (60,96 cm) monokristālu augšanas krāsnī, un lietošanas temperatūra ir 1500 ℃, un ir konstatēts, ka pēc 1500 stundām uz grafīta virzošā cilindra virsmas nav plaisāšanas un krītoša pulvera. .

1.3. Izolācijas cilindru pielietojums un izpētes gaita

Kā viena no galvenajām monokristāliskā silīcija termiskā lauka sistēmas sastāvdaļām izolācijas cilindru galvenokārt izmanto, lai samazinātu siltuma zudumus un kontrolētu termiskā lauka vides temperatūras gradientu. Kā monokristāla krāsns iekšējās sienas izolācijas slāņa nesošā daļa silīcija tvaiku korozija izraisa izdedžu nokrišanu un produkta plaisāšanu, kas galu galā noved pie produkta sabojāšanās.

Lai vēl vairāk uzlabotu C/C-sic kompozītmateriālu izolācijas caurules izturību pret silīcija tvaiku koroziju, pētnieki ievietoja sagatavotos C/C-sic kompozītmateriālu izolācijas cauruļu izstrādājumus ķīmisko tvaiku reakcijas krāsnī un sagatavoja blīvu silīcija karbīda pārklājumu. C/C-sic kompozītmateriālu izolācijas cauruļu izstrādājumu virsmas ar ķīmisko tvaiku pārklāšanas procesu. Rezultāti liecina, ka process var efektīvi kavēt oglekļa šķiedras koroziju uz C / C-sic kompozīta serdes ar silīcija tvaikiem, un silīcija tvaiku izturība pret koroziju palielinās par 5 līdz 10 reizēm, salīdzinot ar oglekļa / oglekļa kompozītmateriālu, un ir ievērojami uzlabots izolācijas cilindra kalpošanas laiks un siltuma lauka vides drošība.

2. Secinājums un perspektīva

Silīcija karbīda pārklājumstiek arvien plašāk izmantots oglekļa/oglekļa termiskā lauka materiālos, jo tai ir lieliska oksidēšanās izturība augstā temperatūrā. Pieaugot oglekļa / oglekļa termiskā lauka materiālu izmēram, ko izmanto monokristāliskā silīcija ražošanā, kā uzlabot silīcija karbīda pārklājuma viendabīgumu uz termiskā lauka materiālu virsmas un uzlabot oglekļa / oglekļa termiskā lauka materiālu kalpošanas laiku ir kļuvusi par steidzamu problēmu. jāatrisina.

No otras puses, attīstoties monokristāliskā silīcija rūpniecībai, pieaug arī pieprasījums pēc augstas tīrības oglekļa/oglekļa termiskā lauka materiāliem, un reakcijas laikā uz iekšējām oglekļa šķiedrām tiek audzētas arī SiC nanošķiedras. Eksperimentos sagatavoto C/C-ZRC un C/C-sic ZrC kompozītmateriālu masas ablācijas un lineārās ablācijas ātrums ir attiecīgi -0,32 mg/s un 2,57 μm/s. C/C-sic-ZrC kompozītu masas un līnijas ablācijas ātrums ir attiecīgi -0,24 mg/s un 1,66 μm/s. C/C-ZRC kompozītmateriāliem ar SiC nanošķiedrām ir labākas ablācijas īpašības. Vēlāk tiks pētīta dažādu oglekļa avotu ietekme uz SiC nanošķiedru augšanu un SiC nanošķiedru mehānisms, kas pastiprina C/C-ZRC kompozītu ablācijas īpašības.

Kompozītmateriāla pārklājuma oglekļa / oglekļa kompozītmateriālu tīģelis tika sagatavots ar ķīmisko tvaiku caurlaidības procesu un in situ reakciju. Kompozītmateriālu pārklājums sastāvēja no silīcija karbīda pārklājuma (100–300 μm), silīcija pārklājuma (10–20 μm) un silīcija nitrīda pārklājuma (50–100 μm), kas varētu efektīvi kavēt silīcija tvaiku koroziju uz oglekļa / oglekļa kompozīta iekšējās virsmas. tīģelis. Ražošanas procesā kompozītmateriāla pārklājuma oglekļa/oglekļa kompozītmateriāla tīģeļa zudums ir 0,04 mm uz krāsni, un kalpošanas laiks var sasniegt 180 krāsns reizes.