1 Zastosowanie i postęp badań powłok z węglika krzemu w materiałach pola termicznego węgiel/węgiel
1.1 Zastosowanie i postęp badań nad przygotowaniem tygli
W polu termicznym monokryształu tzwtygiel węgiel/węgieljest używany głównie jako pojemnik do przenoszenia materiału krzemowego i styka się ztygiel kwarcowy, jak pokazano na rysunku 2. Temperatura robocza tygla węgiel/węgiel wynosi około 1450 ℃, który jest poddawany podwójnej erozji stałego krzemu (dwutlenku krzemu) i par krzemu, w wyniku czego tygiel staje się cienki lub ma pęknięcie pierścieniowe , co skutkuje awarią tygla.
Tygiel z kompozytu węgiel/węgiel z powłoką kompozytową przygotowano w procesie chemicznego przenikania pary i reakcji in-situ. Powłoka kompozytowa składała się z powłoki węglika krzemu (100 ~ 300 μm), powłoki krzemu (10 ~ 20 μm) i powłoki azotku krzemu (50 ~ 100 μm), co mogło skutecznie hamować korozję par krzemu na wewnętrznej powierzchni kompozytu węgiel/węgiel tygiel. W procesie produkcyjnym strata tygla z kompozytu węgiel/węgiel pokrytego kompozytem wynosi 0,04 mm na piec, a żywotność może osiągnąć 180 razy pieca.
Naukowcy wykorzystali metodę reakcji chemicznej do wytworzenia jednolitej powłoki z węglika krzemu na powierzchni tygla z kompozytu węgiel/węgiel w określonych warunkach temperaturowych oraz do ochrony gazu nośnego, stosując dwutlenek krzemu i krzemometaliczny jako surowce w procesie spiekania w wysokiej temperaturze piec. Wyniki pokazują, że obróbka wysokotemperaturowa nie tylko poprawia czystość i wytrzymałość powłoki, ale także znacznie poprawia odporność na zużycie powierzchni kompozytu węgiel/węgiel i zapobiega korozji powierzchni tygla przez pary SiO i lotne atomy tlenu w piecu z krzemu monokrystalicznego. Żywotność tygla jest zwiększona o 20% w porównaniu z tyglem bez powłoki ochronnej.
1.2 Postęp zastosowań i badań rurki kierującej przepływ
Cylinder prowadzący znajduje się nad tyglem (jak pokazano na rysunku 1). W procesie ciągnięcia kryształów różnica temperatur pomiędzy polem wewnętrznym i zewnętrznym jest duża, zwłaszcza dolna powierzchnia znajduje się najbliżej roztopionego materiału krzemowego, temperatura jest najwyższa, a korozja wywołana oparami krzemu jest najpoważniejsza.
Naukowcy opracowali prosty proces i dobrą odporność na utlenianie powłoki przeciwutleniającej rurki prowadzącej oraz metodę jej przygotowania. W pierwszej kolejności na osnowie rurki prowadzącej wyhodowano in situ warstwę wąsów węglika krzemu, a następnie przygotowano gęstą warstwę zewnętrzną z węglika krzemu, tak aby pomiędzy osnową a gęstą warstwą powierzchniową z węglika krzemu utworzyła się warstwa przejściowa SiCw , jak pokazano na rysunku 3. Współczynnik rozszerzalności cieplnej mieścił się pomiędzy osnową a węglikiem krzemu. Może skutecznie zmniejszyć naprężenia termiczne spowodowane niedopasowaniem współczynnika rozszerzalności cieplnej.
Z analizy wynika, że wraz ze wzrostem zawartości SiCw zmniejsza się wielkość i liczba pęknięć w powłoce. Po 10 godzinach utleniania w powietrzu o temperaturze 1100 ℃ stopień utraty masy próbki powłoki wynosi tylko 0,87% ~ 8,87%, a odporność powłoki z węglika krzemu na utlenianie i szok termiczny znacznie się poprawia. Cały proces przygotowania kończy się w sposób ciągły poprzez chemiczne osadzanie z fazy gazowej, co znacznie upraszcza przygotowanie powłoki z węglika krzemu i zwiększa wszechstronną wydajność całej dyszy.
Badacze zaproponowali metodę wzmacniania osnowy i powlekania powierzchni grafitowej rurki prowadzącej dla krzemu monokrystalicznego Czohr. Otrzymaną zawiesinę węglika krzemu równomiernie pokryto powierzchnię grafitowej rury prowadzącej warstwą o grubości 30 ~ 50 µm metodą powlekania pędzlem lub metodą powlekania natryskowego, a następnie umieszczono w piecu wysokotemperaturowym w celu przeprowadzenia reakcji na miejscu, temperatura reakcji wynosiła 1850 ~ 2300 ℃, a zachowanie ciepła wynosiło 2 ~ 6 godzin. Zewnętrzną warstwę SiC można stosować w piecu do wzrostu monokrystalicznego o średnicy 24 cali (60,96 cm), a temperatura użytkowania wynosi 1500 ℃ i stwierdzono, że po 1500 godzinach na powierzchni grafitowego cylindra prowadzącego nie ma pęknięć ani opadającego proszku .
1.3 Zastosowanie i postęp badań cylindra izolacyjnego
Jako jeden z kluczowych elementów układu pola termicznego z krzemu monokrystalicznego, cylinder izolacyjny służy głównie do zmniejszania strat ciepła i kontrolowania gradientu temperatury środowiska pola termicznego. Jako część nośna warstwy izolacyjnej wewnętrznej ściany pieca monokrystalicznego, korozja par krzemu prowadzi do opadania żużla i pękania produktu, co ostatecznie prowadzi do uszkodzenia produktu.
Aby jeszcze bardziej zwiększyć odporność rur izolacyjnych z kompozytu C/C-sic na korozję w oparach krzemu, badacze umieścili przygotowane produkty z rur izolacyjnych z kompozytów C/C-sic w piecu do reakcji chemicznej z parą i przygotowali gęstą powłokę z węglika krzemu na powierzchnię rur izolacyjnych z kompozytu C/C-sic metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej. Wyniki pokazują, że proces może skutecznie hamować korozję włókna węglowego na rdzeniu kompozytu C/C-sic przez pary krzemu, a odporność na korozję par krzemu jest zwiększona od 5 do 10 razy w porównaniu z kompozytem węgiel/węgiel, a żywotność cylindra izolacyjnego i bezpieczeństwo środowiska pola termicznego uległy znacznej poprawie.
2.Wnioski i perspektywy
Powłoka z węglika krzemujest coraz szerzej stosowany w materiałach termicznych typu węgiel/węgiel ze względu na doskonałą odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze. Wraz ze wzrostem rozmiarów materiałów pola termicznego typu węgiel/węgiel stosowanych w produkcji krzemu monokrystalicznego, pilnym problemem stało się poprawienie jednorodności powłoki węglika krzemu na powierzchni materiałów pola termicznego i wydłużenie żywotności materiałów pola termicznego typu węgiel/węgiel do rozwiązania.
Z drugiej strony, wraz z rozwojem przemysłu krzemu monokrystalicznego wzrasta również zapotrzebowanie na materiały pola termicznego o wysokiej czystości węgiel/węgiel, a nanowłókna SiC są również hodowane na wewnętrznych włóknach węglowych podczas reakcji. Szybkość ablacji masowej i ablacji liniowej kompozytów C/C-ZRC i C/C-sic ZrC przygotowanych eksperymentalnie wynosi odpowiednio -0,32 mg/s i 2,57 μm/s. Szybkość ablacji masowej i liniowej kompozytów C/C-sic-ZrC wynosi odpowiednio -0,24 mg/s i 1,66 μm/s. Kompozyty C/C-ZRC z nanowłókienami SiC charakteryzują się lepszymi właściwościami ablacyjnymi. W dalszej części zbadany zostanie wpływ różnych źródeł węgla na wzrost nanowłókien SiC oraz mechanizm wzmacniania przez nanowłókna SiC właściwości ablacyjnych kompozytów C/C-ZRC.
Tygiel z kompozytu węgiel/węgiel z powłoką kompozytową przygotowano w procesie chemicznego przenikania pary i reakcji in-situ. Powłoka kompozytowa składała się z powłoki węglika krzemu (100 ~ 300 μm), powłoki krzemu (10 ~ 20 μm) i powłoki azotku krzemu (50 ~ 100 μm), co mogło skutecznie hamować korozję par krzemu na wewnętrznej powierzchni kompozytu węgiel/węgiel tygiel. W procesie produkcyjnym strata tygla z kompozytu węgiel/węgiel pokrytego kompozytem wynosi 0,04 mm na piec, a żywotność może osiągnąć 180 razy pieca.
Czas publikacji: 22 lutego 2024 r