Uporaba in raziskovalni napredek prevleke SiC v materialih toplotnega polja ogljik/ogljik za monokristalni silicij-2

1 Uporaba in raziskovalni napredek prevleke iz silicijevega karbida v materialih toplotnega polja ogljik/ogljik

1.1 Uporaba in napredek raziskav pri pripravi lončka

V termičnem polju monokristala jeogljik/ogljični lončekse večinoma uporablja kot nosilna posoda za silicijev material in je v stiku zkremenčev lonček, kot je prikazano na sliki 2. Delovna temperatura lončka iz ogljika/ogljika je približno 1450 ℃, kar je izpostavljeno dvojni eroziji trdnega silicija (silicijevega dioksida) in silicijeve pare, na koncu pa lonček postane tanek ali ima obročasto razpoko , kar je povzročilo odpoved lončka.

Kompozitni lonček s prevleko ogljik/ogljik je bil pripravljen s postopkom kemične paroprepustnosti in reakcijo in situ. Kompozitna prevleka je bila sestavljena iz prevleke iz silicijevega karbida (100 ~ 300 μm), prevleke iz silicija (10 ~ 20 μm) in prevleke iz silicijevega nitrida (50 ~ 100 μm), ki lahko učinkovito zavirajo korozijo silicijeve pare na notranji površini kompozita ogljik/ogljikov lonček. V proizvodnem procesu je izguba lončka iz ogljika/ogljika, prevlečenega s kompozitom, 0,04 mm na peč, življenjska doba pa lahko doseže 180-krat v peči.

Raziskovalci so uporabili metodo kemijske reakcije za ustvarjanje enakomerne prevleke iz silicijevega karbida na površini lončka iz kompozita ogljik/ogljik pod določenimi temperaturnimi pogoji in zaščito nosilnega plina, pri čemer so uporabili silicijev dioksid in kovinski silicij kot surovini pri visokotemperaturnem sintranju peč. Rezultati kažejo, da visokotemperaturna obdelava ne le izboljša čistost in trdnost prevleke sic, ampak tudi močno izboljša odpornost proti obrabi površine kompozita ogljik/ogljik in prepreči korozijo površine lončka s hlapi SiO in hlapne atome kisika v peči monokristalnega silicija. Življenjska doba lončka je podaljšana za 20 % v primerjavi z življensko dobo lončka brez prevleke.

1.2 Uporaba in napredek raziskav v cevi za pretok

Vodilni valj je nameščen nad lončkom (kot je prikazano na sliki 1). V procesu vlečenja kristala je temperaturna razlika med notranjim in zunanjim poljem velika, zlasti spodnja površina je najbližje staljenemu silicijevemu materialu, temperatura je najvišja in korozija s silicijevimi hlapi je najresnejša.

Raziskovalci so izumili preprost postopek in dobro odpornost proti oksidaciji protioksidacijske prevleke vodilne cevi ter način priprave. Najprej je bila na matrici vodilne cevi in ​​situ zrasla plast silicijevega karbida, nato pa je bila pripravljena gosta zunanja plast silicijevega karbida, tako da je nastala prehodna plast SiCw med matrico in gosto površinsko plastjo silicijevega karbida , kot je prikazano na sliki 3. Koeficient toplotnega raztezanja je bil med matriko in silicijevim karbidom. Lahko učinkovito zmanjša toplotno obremenitev, ki jo povzroči neusklajenost koeficienta toplotnega raztezanja.

Analiza kaže, da se s povečevanjem vsebnosti SiCw zmanjšujeta velikost in število razpok v prevleki. Po 10-urni oksidaciji na zraku pri 1100 ℃ je stopnja izgube teže vzorca prevleke le 0,87 % ~ 8,87 %, odpornost na oksidacijo in odpornost na toplotne udarce prevleke iz silicijevega karbida pa sta močno izboljšani. Celoten postopek priprave se neprekinjeno zaključi s kemičnim naparjevanjem, priprava prevleke iz silicijevega karbida je močno poenostavljena in celovita zmogljivost celotne šobe je okrepljena.

Raziskovalci so predlagali metodo ojačitve matrice in površinske prevleke grafitne vodilne cevi za czohr monokristalni silicij. Dobljeno kašo silicijevega karbida smo enakomerno nanesli na površino grafitne vodilne cevi z debelino prevleke 30 ~ 50 μm s premazom s čopičem ali metodo nanašanja z razprševanjem in nato dali v visokotemperaturno peč za reakcijo na kraju samem, reakcijska temperatura je bila 1850 ~ 2300 ℃, ohranjanje toplote pa je bilo 2 ~ 6 ur. Zunanji sloj SiC se lahko uporablja v 24 in (60,96 cm) peči za rast monokristalov, temperatura uporabe pa je 1500 ℃ in ugotovljeno je, da na površini grafitnega vodilnega valja po 1500 urah ni razpok in prahu, ki pada. .

1.3 Uporaba in napredek raziskav izolacijskega valja

Kot ena od ključnih komponent sistema toplotnega polja monokristalnega silicija se izolacijski valj uporablja predvsem za zmanjšanje toplotnih izgub in nadzor temperaturnega gradienta okolja toplotnega polja. Silicijeva parna korozija kot nosilni del izolacijskega sloja notranje stene monokristalne peči vodi do padanja žlindre in razpokanja izdelka, kar sčasoma povzroči okvaro izdelka.

Da bi dodatno povečali odpornost kompozitne izolacijske cevi C/C-sic proti koroziji s silicijevimi hlapi, so raziskovalci dali pripravljene izdelke iz kompozitnih izolacijskih cevi C/C-sic v peč za kemično parno reakcijo in pripravili gosto prevleko iz silicijevega karbida na površino C/C-sic kompozitnih izolacijskih izdelkov s postopkom kemičnega naparjevanja. Rezultati kažejo, da lahko postopek učinkovito zavira korozijo ogljikovih vlaken na jedru C/C-sic kompozita s silicijevimi hlapi, odpornost proti koroziji silicijevih hlapov pa se poveča za 5 do 10-krat v primerjavi s kompozitom ogljik/ogljik, in življenjska doba izolacijskega valja ter varnost okolja toplotnega polja se močno izboljšata.

2. Zaključek in obeti

Prevleka iz silicijevega karbidase vse pogosteje uporablja v materialih za toplotno polje ogljik/ogljik zaradi svoje odlične odpornosti proti oksidaciji pri visoki temperaturi. Z naraščajočo velikostjo materialov termičnega polja ogljik/ogljikov, ki se uporabljajo v proizvodnji monokristalnega silicija, je postalo pereč problem, kako izboljšati enakomernost prevleke iz silicijevega karbida na površini materialov termičnega polja in izboljšati življenjsko dobo materialov termičnega polja ogljik/ogljik. rešiti.

Po drugi strani pa se z razvojem industrije monokristalnega silicija povečuje tudi povpraševanje po materialih toplotnega polja ogljik/ogljik visoke čistosti, med reakcijo pa se na notranjih ogljikovih vlaknih gojijo tudi nanovlakna SiC. Hitrosti masne ablacije in linearne ablacije kompozitov C/C-ZRC in C/C-sic ZrC, pripravljenih s poskusi, so -0,32 mg/s oziroma 2,57 μm/s. Hitrost ablacije mase in črte kompozitov C/C-sic-ZrC sta -0,24 mg/s oziroma 1,66 μm/s. Kompoziti C/C-ZRC z nanovlakni SiC imajo boljše ablativne lastnosti. Kasneje bodo preučeni učinki različnih virov ogljika na rast SiC nanovlaken in mehanizem SiC nanovlaken, ki krepijo ablativne lastnosti C/C-ZRC kompozitov.

Kompozitni lonček s prevleko ogljik/ogljik je bil pripravljen s postopkom kemične paroprepustnosti in reakcijo in situ. Kompozitna prevleka je bila sestavljena iz prevleke iz silicijevega karbida (100 ~ 300 μm), prevleke iz silicija (10 ~ 20 μm) in prevleke iz silicijevega nitrida (50 ~ 100 μm), ki lahko učinkovito zavirajo korozijo silicijeve pare na notranji površini kompozita ogljik/ogljikov lonček. V proizvodnem procesu je izguba lončka iz ogljika/ogljika, prevlečenega s kompozitom, 0,04 mm na peč, življenjska doba pa lahko doseže 180-krat v peči.