Aplikácia a pokrok vo výskume povlaku SiC v materiáloch tepelného poľa uhlík/uhlík pre monokryštalický kremík-2

1 Pokrok aplikácie a výskumu povlaku karbidu kremíka v materiáloch tepelného poľa uhlík/uhlík

1.1 Pokrok v aplikácii a výskume pri príprave téglikov

V tepelnom poli monokryštálov jeuhlíkový/uhlíkový tégliksa používa hlavne ako nosná nádoba pre kremíkový materiál a je v kontakte skremenný téglik, ako je znázornené na obrázku 2. Pracovná teplota uhlíkového/uhlíkového téglika je približne 1450 °C.℃, ktorý je vystavený dvojitej erózii pevného kremíka (oxid kremičitý) a pár kremíka a nakoniec sa téglik stáva tenkým alebo má prstencovú trhlinu, čo vedie k poruche téglika.

Kompozitný povlak uhlík/uhlík kompozitný téglik bol pripravený procesom chemickej permeácie pár a reakciou in situ. Kompozitný povlak pozostával z povlaku karbidu kremíka (100 ~ 300μm), silikónový povlak (10~20μm) a povlak z nitridu kremíka (50~100μm), ktorý by mohol účinne inhibovať koróziu kremíkovej pary na vnútornom povrchu téglika z kompozitu uhlík/uhlík. Vo výrobnom procese je strata kompozitného potiahnutého uhlíkovo/uhlíkového kompozitného téglika 0,04 mm na pec a životnosť môže dosiahnuť 180 krát.

Výskumníci použili metódu chemickej reakcie na vytvorenie rovnomerného povlaku karbidu kremíka na povrchu téglika z kompozitu uhlík/uhlík za určitých teplotných podmienok a ochrany nosného plynu, pričom ako suroviny pri vysokoteplotnom spekaní použili oxid kremičitý a kremíkový kov. pec. Výsledky ukazujú, že vysokoteplotné spracovanie nielen zlepšuje čistotu a pevnosť sic povlaku, ale tiež výrazne zlepšuje odolnosť povrchu uhlík/uhlík kompozitu proti opotrebovaniu a zabraňuje korózii povrchu téglika parami SiO a prchavé atómy kyslíka v peci na monokryštalický kremík. Životnosť téglika je zvýšená o 20 % v porovnaní so životnosťou téglika bez sic povlaku.

1.2 Pokrok v aplikácii a výskume prietokovej vodiacej trubice

Vodiaci valec je umiestnený nad téglikom (ako je znázornené na obrázku 1). V procese ťahania kryštálov je teplotný rozdiel medzi vnútorným a vonkajším poľom veľký, najmä spodný povrch je najbližšie k roztavenému kremíkovému materiálu, teplota je najvyššia a korózia kremíkovou parou je najvážnejšia.

Výskumníci vynašli jednoduchý proces a dobrú oxidačnú odolnosť antioxidačného povlaku a spôsobu prípravy vodiacej trubice. Najprv sa na matrici vodiacej trubice in-situ pestovala vrstva karbidu kremíka a potom sa pripravila hustá vonkajšia vrstva karbidu kremíka, takže medzi matricou a hustou povrchovou vrstvou karbidu kremíka sa vytvorila SiCw prechodová vrstva. 3. Koeficient tepelnej rozťažnosti bol medzi matricou a karbidom kremíka. Môže účinne znížiť tepelné napätie spôsobené nesúladom koeficientu tepelnej rozťažnosti.

Analýza ukazuje, že so zvyšujúcim sa obsahom SiCw klesá veľkosť a počet trhlín v povlaku. Po 10 hodinách oxidácie pri 1100℃vzduchu, miera straty hmotnosti vzorky povlaku je iba 0,87% až 8,87% a odolnosť povlaku z karbidu kremíka proti oxidácii a tepelným šokom sa výrazne zlepšila. Celý proces prípravy je nepretržite ukončený chemickým nanášaním pár, príprava povlaku karbidu kremíka je výrazne zjednodušená a komplexný výkon celej dýzy je posilnený.

Výskumníci navrhli metódu spevnenia matrice a povrchovej úpravy grafitovej vodiacej trubice pre monokryštálový kremík czohr. Získaná suspenzia karbidu kremíka bola rovnomerne potiahnutá na povrchu grafitovej vodiacej trubice s hrúbkou povlaku 30~50μm metódou nanášania štetcom alebo striekaním a potom sa umiestnil do vysokoteplotnej pece na reakciu in-situ, reakčná teplota bola 1850 ~ 2300℃a tepelná ochrana bola 2-6 hodín. Vonkajšiu vrstvu SiC možno použiť v 24 palcovej (60,96 cm) monokryštálovej rastovej peci a teplota použitia je 1500℃a zistilo sa, že po 1500 hodinách nie je na povrchu grafitového vodiaceho valca žiadne praskanie a vypadávanie prášku.

1.3 Pokrok v aplikácii a výskume izolačného valca

Ako jeden z kľúčových komponentov systému tepelného poľa monokryštalického kremíka sa izolačný valec používa hlavne na zníženie tepelných strát a reguláciu teplotného gradientu prostredia tepelného poľa. Ako nosná časť izolačnej vrstvy vnútornej steny monokryštálovej pece vedie korózia výparov kremíka k vypadávaniu trosky a praskaniu produktu, čo nakoniec vedie k poruche produktu.

Aby sa ďalej zvýšila odolnosť kompozitnej izolačnej rúrky C/ C-sic proti korózii kremíka, výskumníci vložili pripravené produkty z kompozitnej izolačnej rúrky C/ C-sic do chemickej parnej reakčnej pece a pripravili hustý povlak karbidu kremíka na povrchu výrobkov z kompozitných izolačných rúr C/ C-sic procesom chemického nanášania pár. Výsledky ukazujú, že tento proces môže účinne inhibovať koróziu uhlíkových vlákien na jadre kompozitu C/C-sic kremíkovou parou a odolnosť kremíkovej pary proti korózii sa zvyšuje 5 až 10-krát v porovnaní s kompozitom uhlík/uhlík, a životnosť izolačného valca a bezpečnosť prostredia tepelného poľa sa výrazne zlepšili.

2.Záver a vyhliadka

Povlak z karbidu kremíkasa stále viac a viac používa v materiáloch tepelných polí uhlík/uhlík, pretože má vynikajúcu odolnosť proti oxidácii pri vysokej teplote. S rastúcou veľkosťou materiálov tepelného poľa uhlíka / uhlíka používaných pri výrobe monokryštalického kremíka sa naliehavým problémom stalo, ako zlepšiť rovnomernosť povlaku karbidu kremíka na povrchu materiálov tepelného poľa a zlepšiť životnosť materiálov tepelného poľa uhlíka / uhlíka. riešiť.

Na druhej strane, s rozvojom priemyslu monokryštalického kremíka sa zvyšuje aj dopyt po materiáloch tepelných polí s vysokou čistotou uhlík/uhlík a počas reakcie sa na vnútorných uhlíkových vláknach pestujú aj nanovlákna SiC. Rýchlosť hromadnej ablácie a lineárnej ablácie kompozitov C/C-ZRC a C/C-sic ZrC pripravených experimentmi je -0,32 mg/sa 2,57μm/s, resp. Rýchlosť hmotnostnej a čiarovej ablácie kompozitov C/C-sic-ZrC je -0,24 mg/s a 1,66μm/s, resp. Kompozity C/ C-ZRC s nanovláknami SiC majú lepšie ablačné vlastnosti. Neskôr sa budú študovať účinky rôznych zdrojov uhlíka na rast SiC nanovlákien a mechanizmus SiC nanovlákien posilňujúci ablatívne vlastnosti C/C-ZRC kompozitov.

Kompozitný povlak uhlík/uhlík kompozitný téglik bol pripravený procesom chemickej permeácie pár a reakciou in situ. Kompozitný povlak pozostával z povlaku karbidu kremíka (100 ~ 300μm), silikónový povlak (10~20μm) a povlak z nitridu kremíka (50~100μm), ktorý by mohol účinne inhibovať koróziu kremíkovej pary na vnútornom povrchu téglika z kompozitu uhlík/uhlík. Vo výrobnom procese je strata kompozitného potiahnutého uhlíkovo/uhlíkového kompozitného téglika 0,04 mm na pec a životnosť môže dosiahnuť 180 krát.