1 Toepassing en onderzoeksvoortgang van siliciumcarbidecoating in thermische koolstof/koolstofvelden
1.1 Toepassing en onderzoeksvoortgang bij de bereiding van kroes
In het monokristallijne thermische veld, dekoolstof/koolstofkroeswordt voornamelijk gebruikt als draagvat voor siliciummateriaal en staat in contact met dekwarts kroes, zoals weergegeven in Afbeelding 2. De werktemperatuur van de koolstof/koolstofkroes is ongeveer 1450℃, die wordt onderworpen aan de dubbele erosie van vast silicium (siliciumdioxide) en siliciumdamp, en uiteindelijk wordt de kroes dun of krijgt een ringscheur, wat resulteert in het falen van de kroes.
Een kroes van koolstof/koolstofcomposiet met een composietcoating werd vervaardigd door middel van chemische damppermeatie en in-situ-reactie. De composietcoating bestond uit een siliciumcarbidecoating (100-300 μm), een siliciumcoating (10-20 μm) en een siliciumnitridecoating (50-100 μm), die effectief corrosie van siliciumdamp aan de binnenkant van de kroes van koolstof/koolstofcomposiet kon remmen. Tijdens het productieproces bedraagt het verlies van de met composietcoating bedekte kroes van koolstof/koolstofcomposiet 0,04 mm per oven en kan de levensduur oplopen tot 180 ovencycli.
De onderzoekers gebruikten een chemische reactiemethode om een uniforme siliciumcarbidecoating te genereren op het oppervlak van de koolstof/koolstofcomposietkroes onder bepaalde temperatuuromstandigheden en met bescherming van het dragergas, met siliciumdioxide en siliciummetaal als grondstoffen in een hogetemperatuursinteroven. De resultaten tonen aan dat de hogetemperatuurbehandeling niet alleen de zuiverheid en sterkte van de silicium/koolstofcoating verbetert, maar ook de slijtvastheid van het oppervlak van het koolstof/koolstofcomposiet aanzienlijk verbetert en corrosie van het oppervlak van de kroes door SiO2-damp en vluchtige zuurstofatomen in de monokristallijne siliciumoven voorkomt. De levensduur van de kroes is met 20% verlengd ten opzichte van die van de kroes zonder silicium/koolstofcoating.
1.2 Toepassing en onderzoeksvoortgang in stromingsgeleidingsbuizen
De geleidecilinder bevindt zich boven de kroes (zoals weergegeven in figuur 1). Tijdens het kristaltrekken is het temperatuurverschil tussen de binnen- en buitenkant van het veld groot. Vooral aan de onderkant, die het dichtst bij het gesmolten siliciummateriaal ligt, is de temperatuur het hoogst en is corrosie door siliciumdamp het ernstigst.
De onderzoekers ontwikkelden een eenvoudig proces en een goede oxidatiebestendigheid van de geleidebuis met een antioxidatiecoating en een bereidingsmethode. Eerst werd een laag siliciumcarbide in situ op de matrix van de geleidebuis aangebracht, waarna een dichte buitenlaag van siliciumcarbide werd geprepareerd, zodat een SiCw-overgangslaag werd gevormd tussen de matrix en de dichte oppervlaktelaag van siliciumcarbide, zoals weergegeven in figuur 3. De thermische uitzettingscoëfficiënt lag tussen de matrix en het siliciumcarbide. Dit kan de thermische spanning die wordt veroorzaakt door de discrepantie tussen de thermische uitzettingscoëfficiënt effectief verminderen.
Uit de analyse blijkt dat met een toenemend SiCw-gehalte de grootte en het aantal scheuren in de coating afnemen. Na 10 uur oxidatie in lucht bij 1100 °C bedraagt het gewichtsverlies van het coatingmonster slechts 0,87% tot 8,87% en zijn de oxidatiebestendigheid en thermische schokbestendigheid van de siliciumcarbidecoating aanzienlijk verbeterd. Het gehele voorbereidingsproces wordt continu uitgevoerd door middel van chemische dampdepositie, waardoor de bereiding van de siliciumcarbidecoating aanzienlijk wordt vereenvoudigd en de algehele prestaties van de gehele spuitmond worden verbeterd.
De onderzoekers stelden een methode voor om de matrix te versterken en het oppervlak van de grafiet geleidebuis te coaten voor monokristallijn silicium (Czohr). De verkregen siliciumcarbideslurry werd gelijkmatig gecoat op het oppervlak van de grafiet geleidebuis met een laagdikte van 30 tot 50 μm door middel van borstelcoating of sproeicoating. Vervolgens werd de suspensie in een hogetemperatuuroven geplaatst voor in-situ-reactie. De reactietemperatuur bedroeg 1850 tot 2300 °C en de warmtebehoud was 2 tot 6 uur. De SiC-buitenlaag kan worden gebruikt in een 24-inch (60,96 cm) monokristalgroeioven. De gebruikstemperatuur is 1500 °C. Er is vastgesteld dat er na 1500 uur geen scheurvorming of vallend poeder op het oppervlak van de grafiet geleidecilinder is.
1.3 Toepassing en onderzoeksvoortgang in isolatiecilinders
Als een van de belangrijkste componenten van het monokristallijne silicium thermische veldsysteem, wordt de isolatiecilinder voornamelijk gebruikt om warmteverlies te verminderen en de temperatuurgradiënt van de thermische veldomgeving te beheersen. Als ondersteunend onderdeel van de binnenwandisolatielaag van een monokristallijne oven leidt siliciumdampcorrosie tot slakvorming en scheurvorming in het product, wat uiteindelijk leidt tot productfalen.
Om de corrosiebestendigheid van de C/C-sic composiet isolatiebuis verder te verbeteren, plaatsten de onderzoekers de geprepareerde C/C-sic composiet isolatiebuisproducten in een chemische dampreactieoven en brachten ze een dichte siliciumcarbidecoating aan op het oppervlak van de C/C-sic composiet isolatiebuisproducten door middel van chemische dampdepositie. De resultaten tonen aan dat het proces effectief corrosie van koolstofvezel op de kern van C/C-sic composiet door siliciumdamp kan remmen, en dat de corrosiebestendigheid van siliciumdamp met een factor 5 tot 10 toeneemt ten opzichte van koolstof/koolstofcomposiet, en dat de levensduur van de isolatiecilinder en de veiligheid van de thermische omgeving aanzienlijk zijn verbeterd.
2. Conclusie en vooruitzicht
Siliciumcarbide coatingWordt steeds vaker gebruikt in thermische koolstof/koolstofmaterialen vanwege de uitstekende oxidatiebestendigheid bij hoge temperaturen. Met de toenemende omvang van thermische koolstof/koolstofmaterialen die worden gebruikt bij de productie van monokristallijn silicium, is het verbeteren van de uniformiteit van de siliciumcarbidecoating op het oppervlak van thermische koolstofmaterialen en het verlengen van de levensduur ervan een urgent probleem geworden dat dringend moet worden opgelost.
Aan de andere kant neemt met de ontwikkeling van de monokristallijne siliciumindustrie ook de vraag naar hoogzuivere koolstof/koolstof thermische veldmaterialen toe, en worden SiC-nanovezels ook op de interne koolstofvezels gegroeid tijdens de reactie. De massa-ablatie- en lineaire ablatiesnelheden van C/C-ZRC en C/C-sic ZrC composieten, bereid door experimenten, zijn respectievelijk -0,32 mg/s en 2,57 μm/s. De massa- en lijn-ablatiesnelheden van C/C-sic-ZrC composieten zijn respectievelijk -0,24 mg/s en 1,66 μm/s. De C/C-ZRC composieten met SiC nanovezels hebben betere ablatieve eigenschappen. Later zullen de effecten van verschillende koolstofbronnen op de groei van SiC nanovezels en het mechanisme van SiC nanovezels om de ablatieve eigenschappen van C/C-ZRC composieten te versterken, worden bestudeerd.
Een kroes van koolstof/koolstofcomposiet met een composietcoating werd vervaardigd door middel van chemische damppermeatie en in-situ-reactie. De composietcoating bestond uit een siliciumcarbidecoating (100-300 μm), een siliciumcoating (10-20 μm) en een siliciumnitridecoating (50-100 μm), die effectief corrosie van siliciumdamp aan de binnenkant van de kroes van koolstof/koolstofcomposiet kon remmen. Tijdens het productieproces bedraagt het verlies van de met composietcoating bedekte kroes van koolstof/koolstofcomposiet 0,04 mm per oven en kan de levensduur oplopen tot 180 ovencycli.
Plaatsingstijd: 22-02-2024