1 Aplikasi dan kemajuan penyelidikan salutan silikon karbida dalam bahan medan haba karbon/karbon
1.1 Aplikasi dan kemajuan penyelidikan dalam penyediaan crucible
Dalam medan haba kristal tunggal, yangcawan karbon/karbondigunakan terutamanya sebagai kapal pembawa untuk bahan silikon dan bersentuhan denganpijar kuarza, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2. Suhu kerja cawan karbon/karbon adalah kira-kira 1450 ℃, yang tertakluk kepada hakisan berganda silikon pepejal (silikon dioksida) dan wap silikon, dan akhirnya mangkuk pijar menjadi nipis atau mempunyai retakan cincin. , mengakibatkan kegagalan pijar.
Pisau komposit karbon/karbon salutan komposit telah disediakan melalui proses resapan wap kimia dan tindak balas in-situ. Salutan komposit terdiri daripada salutan silikon karbida (100~300μm), salutan silikon (10~20μm) dan salutan silikon nitrida (50~100μm), yang boleh menghalang kakisan wap silikon pada permukaan dalaman komposit karbon/karbon dengan berkesan. mangkuk pijar. Dalam proses pengeluaran, kehilangan cawan komposit karbon/karbon bersalut komposit ialah 0.04 mm setiap relau, dan hayat perkhidmatan boleh mencapai 180 kali relau.
Para penyelidik menggunakan kaedah tindak balas kimia untuk menghasilkan salutan silikon karbida seragam pada permukaan pijar komposit karbon/karbon di bawah keadaan suhu tertentu dan perlindungan gas pembawa, menggunakan silikon dioksida dan logam silikon sebagai bahan mentah dalam pensinteran suhu tinggi. relau. Keputusan menunjukkan bahawa rawatan suhu tinggi bukan sahaja meningkatkan ketulenan dan kekuatan salutan sic, tetapi juga meningkatkan rintangan haus permukaan komposit karbon/karbon, dan menghalang kakisan permukaan pijar oleh wap SiO dan atom oksigen yang meruap dalam relau silikon monohablur. Hayat perkhidmatan crucible meningkat sebanyak 20% berbanding dengan crucible tanpa salutan sic.
1.2 Kemajuan aplikasi dan penyelidikan dalam tiub panduan aliran
Silinder panduan terletak di atas pijar (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1). Dalam proses penarikan kristal, perbezaan suhu antara dalam dan luar padang adalah besar, terutamanya permukaan bawah paling hampir dengan bahan silikon cair, suhu adalah yang paling tinggi, dan kakisan oleh wap silikon adalah yang paling serius.
Para penyelidik mencipta proses mudah dan rintangan pengoksidaan yang baik bagi salutan anti-pengoksidaan tiub panduan dan kaedah penyediaan. Pertama, lapisan misai silikon karbida ditanam secara in-situ pada matriks tiub panduan, dan kemudian lapisan luar silikon karbida padat disediakan, supaya lapisan peralihan SiCw terbentuk antara matriks dan lapisan permukaan silikon karbida padat. , seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Pekali pengembangan haba adalah antara matriks dan silikon karbida. Ia boleh mengurangkan tegasan haba yang disebabkan oleh ketidakpadanan pekali pengembangan haba dengan berkesan.
Analisis menunjukkan bahawa dengan peningkatan kandungan SiCw, saiz dan bilangan keretakan dalam salutan berkurangan. Selepas pengoksidaan 10j dalam udara 1100 ℃, kadar penurunan berat sampel salutan hanya 0.87%~8.87%, dan rintangan pengoksidaan dan rintangan kejutan haba salutan karbida silikon bertambah baik. Keseluruhan proses penyediaan diselesaikan secara berterusan oleh pemendapan wap kimia, penyediaan salutan silikon karbida sangat dipermudahkan, dan prestasi komprehensif keseluruhan muncung diperkukuh.
Para penyelidik mencadangkan kaedah pengukuhan matriks dan salutan permukaan tiub panduan grafit untuk silikon monokristal czohr. Buburan karbida silikon yang diperolehi disalut secara seragam pada permukaan tiub panduan grafit dengan ketebalan salutan 30~50 μm dengan kaedah salutan berus atau salutan semburan, dan kemudian diletakkan di dalam relau suhu tinggi untuk tindak balas in-situ, suhu tindak balas ialah 1850~2300 ℃, dan pemeliharaan haba adalah 2~6j. Lapisan luar SiC boleh digunakan dalam relau pertumbuhan kristal tunggal 24 in (60.96 cm), dan suhu penggunaan ialah 1500 ℃, dan didapati tiada serbuk retak dan jatuh pada permukaan silinder panduan grafit selepas 1500h .
1.3 Kemajuan aplikasi dan penyelidikan dalam silinder penebat
Sebagai salah satu komponen utama sistem medan haba silikon monohabluran, silinder penebat digunakan terutamanya untuk mengurangkan kehilangan haba dan mengawal kecerunan suhu persekitaran medan haba. Sebagai bahagian penyokong lapisan penebat dinding dalam relau kristal tunggal, kakisan wap silikon membawa kepada kejatuhan sanga dan keretakan produk, yang akhirnya membawa kepada kegagalan produk.
Untuk meningkatkan lagi rintangan kakisan wap silikon tiub penebat komposit C/ C-sic, para penyelidik meletakkan produk tiub penebat komposit C/ C-sic yang disediakan ke dalam relau tindak balas wap kimia, dan menyediakan salutan karbida silikon padat pada permukaan produk tiub penebat komposit C/ C-sic melalui proses pemendapan wap kimia. Keputusan menunjukkan bahawa, Proses ini boleh menghalang pengakisan gentian karbon secara berkesan pada teras komposit C/ C-sic oleh wap silikon, dan rintangan kakisan wap silikon meningkat sebanyak 5 hingga 10 kali ganda berbanding dengan komposit karbon/karbon, dan hayat perkhidmatan silinder penebat dan keselamatan persekitaran medan haba bertambah baik.
2. Kesimpulan dan prospek
Salutan silikon karbidasemakin banyak digunakan dalam bahan medan haba karbon/karbon kerana rintangan pengoksidaan yang sangat baik pada suhu tinggi. Dengan peningkatan saiz bahan medan haba karbon/karbon yang digunakan dalam pengeluaran silikon monohabluran, bagaimana untuk meningkatkan keseragaman salutan silikon karbida pada permukaan bahan medan haba dan meningkatkan hayat perkhidmatan bahan medan haba karbon/karbon telah menjadi masalah yang mendesak. untuk diselesaikan.
Sebaliknya, dengan pembangunan industri silikon monohabluran, permintaan untuk bahan medan haba karbon/karbon ketulenan tinggi juga meningkat, dan nanofibers SiC juga ditanam pada gentian karbon dalaman semasa tindak balas. Kadar ablasi jisim dan ablasi linear bagi komposit C/ C-ZRC dan C/ C-sic ZrC yang disediakan oleh eksperimen ialah -0.32 mg/s dan 2.57 μm/s, masing-masing. Kadar ablasi jisim dan garisan bagi komposit C/ C-sic -ZrC ialah -0.24mg/s dan 1.66 μm/s, masing-masing. Komposit C/C-ZRC dengan nanofibers SiC mempunyai sifat ablatif yang lebih baik. Kemudian, kesan sumber karbon yang berbeza terhadap pertumbuhan nanofiber SiC dan mekanisme gentian nano SiC yang mengukuhkan sifat ablatif komposit C/ C-ZRC akan dikaji.
Pisau komposit karbon/karbon salutan komposit telah disediakan melalui proses resapan wap kimia dan tindak balas in-situ. Salutan komposit terdiri daripada salutan silikon karbida (100~300μm), salutan silikon (10~20μm) dan salutan silikon nitrida (50~100μm), yang boleh menghalang kakisan wap silikon pada permukaan dalaman komposit karbon/karbon dengan berkesan. mangkuk pijar. Dalam proses pengeluaran, kehilangan cawan komposit karbon/karbon bersalut komposit ialah 0.04 mm setiap relau, dan hayat perkhidmatan boleh mencapai 180 kali relau.
Masa siaran: Feb-22-2024