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 tepelných polí uhlík/uhlík

1.1 Pokrok aplikácií a výskumu v 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 téglika uhlík/uhlík je asi 1450 ℃, ktorý je vystavený dvojitej erózii pevného kremíka (oxid kremičitý) a pary kremíka a nakoniec sa téglik stáva tenkým alebo má kruhovú trhlinu , čo má za následok zlyhanie 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 ~ 300 μm), povlaku kremíka (10 ~ 20 μm) a povlaku z nitridu kremíka (50 ~ 100 μm), ktorý by mohol účinne inhibovať koróziu pár kremíka na vnútornom povrchu kompozitu uhlík/uhlík. téglik. 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 v prietokovej vodiacej trubici

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 v 1100 ℃ vzduchu je miera straty hmotnosti vzorky povlaku iba 0,87% ~ 8,87% a odolnosť povlaku z karbidu kremíka proti oxidácii a tepelným šokom sa výrazne zlepšila. Celý proces prípravy je kontinuálne 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 ~ 50 μm metódou nanášania štetcom alebo striekaním a potom bola umiestnená do vysokoteplotnej pece na reakciu in situ, reakčná teplota bola 1850 ~ 2300 ℃ a tepelná ochrana bola 2 ~ 6 hodín. Vonkajšia vrstva SiC sa môže použiť v 24-palcovej (60,96 cm) peci na rast monokryštálov a teplota použitia je 1500 ℃ a zistilo sa, že na povrchu grafitového vodiaceho valca po 1500 hodinách nedochádza k praskaniu a vypadávaniu 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 2,57 μm/s. Rýchlosť hmotnostnej a čiarovej ablácie kompozitov C/C-sic-ZrC je -0,24 mg/sa 1,66 μm/s. 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 ~ 300 μm), povlaku kremíka (10 ~ 20 μm) a povlaku z nitridu kremíka (50 ~ 100 μm), ktorý by mohol účinne inhibovať koróziu pár kremíka na vnútornom povrchu kompozitu uhlík/uhlík. téglik. Vo výrobnom procese je strata kompozitného potiahnutého uhlíkovo/uhlíkového kompozitného téglika 0,04 mm na pec a životnosť môže dosiahnuť 180 krát.