1 Aplicarea și progresul cercetării acoperirii cu carbură de siliciu în materialele din câmpul termic carbon/carbon
1.1 Aplicarea și progresul cercetării în pregătirea creuzetului
În câmpul termic monocristal, celcreuzet carbon/carboneste folosit în principal ca vas de transport pentru material siliconic și este în contact cucreuzet de cuarț, așa cum se arată în figura 2. Temperatura de lucru a creuzetului de carbon/carbon este de aproximativ 1450 ℃, care este supusă eroziunii duble a siliciului solid (dioxid de siliciu) și a vaporilor de siliciu, iar în cele din urmă creuzetul devine subțire sau are o fisură inelară. , rezultând defectarea creuzetului.
Un creuzet compozit carbon/carbon de acoperire compozit a fost preparat prin proces de permeație chimică a vaporilor și reacție in situ. Acoperirea compozită a fost compusă din acoperire cu carbură de siliciu (100~300μm), acoperire cu siliciu (10~20μm) și acoperire cu nitrură de siliciu (50~100μm), care ar putea inhiba eficient coroziunea vaporilor de siliciu pe suprafața interioară a compozitului carbon/carbon. creuzet. În procesul de producție, pierderea creuzetului compozit carbon/carbon acoperit cu compozit este de 0,04 mm pe cuptor, iar durata de viață poate ajunge la 180 de ori cuptor.
Cercetătorii au folosit o metodă de reacție chimică pentru a genera o acoperire uniformă de carbură de siliciu pe suprafața creuzetului compozit carbon/carbon în anumite condiții de temperatură și protecția gazului purtător, folosind dioxid de siliciu și siliciu metalic ca materii prime într-o sinterizare la temperatură înaltă. cuptor. Rezultatele arată că tratamentul la temperatură înaltă nu numai că îmbunătățește puritatea și rezistența acoperirii sic, dar îmbunătățește foarte mult și rezistența la uzură a suprafeței compozitului carbon/carbon și previne coroziunea suprafeței creuzetului de către vaporii de SiO. și atomi volatili de oxigen în cuptorul cu siliciu monocristal. Durata de viață a creuzetului este mărită cu 20% în comparație cu cea a creuzetului fără acoperire sic.
1.2 Aplicarea și progresul cercetării în tubul de ghidare a fluxului
Cilindrul de ghidare este situat deasupra creuzetului (așa cum se arată în Figura 1). În procesul de tragere a cristalului, diferența de temperatură între interiorul și exteriorul câmpului este mare, în special suprafața inferioară este cea mai apropiată de materialul de siliciu topit, temperatura este cea mai ridicată, iar coroziunea cu vaporii de siliciu este cea mai gravă.
Cercetătorii au inventat un proces simplu și o bună rezistență la oxidare a stratului antioxidare și metoda de preparare a tubului de ghidare. Mai întâi, un strat de carbură de siliciu a fost crescut in situ pe matricea tubului de ghidare, iar apoi a fost pregătit un strat exterior dens de carbură de siliciu, astfel încât s-a format un strat de tranziție SiCw între matrice și stratul dens de carbură de siliciu. , așa cum se arată în Figura 3. Coeficientul de dilatare termică a fost între matrice și carbură de siliciu. Poate reduce eficient stresul termic cauzat de nepotrivirea coeficientului de dilatare termică.
Analiza arată că odată cu creșterea conținutului de SiCw, dimensiunea și numărul de fisuri din acoperire scade. După 10 ore de oxidare în aer la 1100 ℃, rata de pierdere în greutate a probei de acoperire este de numai 0,87% ~ 8,87%, iar rezistența la oxidare și rezistența la șoc termic a stratului de carbură de siliciu sunt mult îmbunătățite. Întregul proces de pregătire este finalizat continuu prin depunere chimică de vapori, pregătirea acoperirii cu carbură de siliciu este mult simplificată, iar performanța cuprinzătoare a întregii duze este consolidată.
Cercetătorii au propus o metodă de întărire a matricei și de acoperire a suprafeței tubului de ghidare din grafit pentru siliciu monocristal czohr. Suspensia de carbură de siliciu obținută a fost acoperită uniform pe suprafața tubului de ghidare din grafit cu o grosime de acoperire de 30 ~ 50 μm prin acoperire cu pensulă sau metoda de acoperire prin pulverizare și apoi plasată într-un cuptor cu temperatură înaltă pentru reacție in situ, temperatura de reacție. a fost de 1850 ~ 2300 ℃, iar conservarea căldurii a fost de 2 ~ 6 ore. Stratul exterior de SiC poate fi utilizat într-un cuptor de creștere cu un singur cristal de 24 in (60,96 cm), iar temperatura de utilizare este de 1500 ℃ și se constată că nu există nicio crăpare și pulbere pe suprafața cilindrului de ghidare din grafit după 1500 h. .
1.3 Aplicarea și progresul cercetării în cilindrul de izolație
Fiind una dintre componentele cheie ale sistemului de câmp termic de siliciu monocristalin, cilindrul de izolație este utilizat în principal pentru a reduce pierderile de căldură și pentru a controla gradientul de temperatură al mediului de câmp termic. Ca parte de susținere a stratului izolator al peretelui interior al cuptorului cu un singur cristal, coroziunea vaporilor de siliciu duce la căderea zgurii și crăparea produsului, ceea ce duce în cele din urmă la defectarea produsului.
Pentru a spori și mai mult rezistența la coroziune la vapori de siliciu a tubului de izolație compozit C/C-sic, cercetătorii au introdus produsele din tuburi izolatoare compozite C/C-sic preparate în cuptorul de reacție chimică cu vapori și au pregătit un strat dens de carbură de siliciu pe suprafața produselor tubulare de izolație compozite C/ C-sic prin procesul de depunere chimică a vaporilor. Rezultatele arată că, procesul poate inhiba eficient coroziunea fibrei de carbon pe miezul compozitului C/C-sic de către vaporii de siliciu, iar rezistența la coroziune a vaporilor de siliciu este crescută de 5 până la 10 ori în comparație cu compozitul carbon/carbon, iar durata de viață a cilindrului de izolație și siguranța mediului în câmp termic sunt mult îmbunătățite.
2.Concluzie și perspectivă
Acoperire cu carbură de siliciueste din ce în ce mai utilizat în materialele din câmpul termic carbon/carbon datorită rezistenței sale excelente la oxidare la temperatură ridicată. Odată cu creșterea dimensiunii materialelor din câmpul termic carbon/carbon utilizate în producția de siliciu monocristalin, cum să îmbunătățiți uniformitatea acoperirii cu carbură de siliciu pe suprafața materialelor din câmpul termic și să îmbunătățiți durata de viață a materialelor din câmpul termic carbon/carbon a devenit o problemă urgentă de rezolvat.
Pe de altă parte, odată cu dezvoltarea industriei siliciului monocristalin, cererea pentru materiale de câmp termic carbon/carbon de puritate ridicată este, de asemenea, în creștere, iar nanofibrele SiC sunt, de asemenea, crescute pe fibrele de carbon interne în timpul reacției. Ratele de ablație în masă și de ablație liniară ale compozitelor C/C-ZRC și C/C-sic ZrC preparate prin experimente sunt -0,32 mg/s și, respectiv, 2,57 μm/s. Ratele de ablație de masă și linie ale compozitelor C/C-sic -ZrC sunt de -0,24 mg/s și, respectiv, 1,66 μm/s. Compozitele C/C-ZRC cu nanofibre SiC au proprietăți ablative mai bune. Mai târziu, vor fi studiate efectele diferitelor surse de carbon asupra creșterii nanofibrelor de SiC și mecanismul nanofibrelor de SiC care întăresc proprietățile ablative ale compozitelor C/C-ZRC.
Un creuzet compozit carbon/carbon de acoperire compozit a fost preparat prin proces de permeație chimică a vaporilor și reacție in situ. Acoperirea compozită a fost compusă din acoperire cu carbură de siliciu (100~300μm), acoperire cu siliciu (10~20μm) și acoperire cu nitrură de siliciu (50~100μm), care ar putea inhiba eficient coroziunea vaporilor de siliciu pe suprafața interioară a compozitului carbon/carbon. creuzet. În procesul de producție, pierderea creuzetului compozit carbon/carbon acoperit cu compozit este de 0,04 mm pe cuptor, iar durata de viață poate ajunge la 180 de ori cuptor.
Ora postării: 22-feb-2024