Utumaji na maendeleo ya utafiti wa mipako ya SiC katika nyenzo za uwanja wa joto wa kaboni/kaboni kwa silicon-2 ya monocrystalline

1 Maendeleo ya matumizi na utafiti wa mipako ya kaboni ya silicon katika nyenzo za uwanja wa joto wa kaboni/kaboni

1.1 Maendeleo ya maombi na utafiti katika utayarishaji wa crucible

Katika uwanja mmoja wa joto wa fuwele, thechombo cha kaboni/kaboniInatumika zaidi kama chombo cha kubeba kwa nyenzo za silicon na inawasiliana nacrucible ya quartz, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2. Halijoto ya kufanya kazi ya chombo cha kaboni/kaboni ni takriban 1450℃, ambayo huathiriwa na mmomonyoko wa mara mbili wa silikoni dhabiti (silicon dioxide) na mvuke wa silicon, na hatimaye chombo hicho kinakuwa chembamba au kupasuka kwa pete. , na kusababisha kushindwa kwa crucible.

Mchanganyiko wa mchanganyiko wa mipako ya kaboni/kaboni ulitayarishwa na mchakato wa upenyezaji wa mvuke wa kemikali na mmenyuko wa in-situ. Mipako ya mchanganyiko iliundwa na mipako ya silicon carbide (100~300μm), mipako ya silicon (10~20μm) na mipako ya nitridi ya silicon (50~100μm), ambayo inaweza kuzuia kutu ya mvuke wa silicon kwenye uso wa ndani wa composite ya kaboni / kaboni. sulubu. Katika mchakato wa uzalishaji, upotezaji wa crucible iliyofunikwa ya kaboni / kaboni yenye mchanganyiko ni 0.04 mm kwa tanuru, na maisha ya huduma yanaweza kufikia nyakati 180 za tanuru.

Watafiti walitumia njia ya mmenyuko wa kemikali kutengeneza mipako ya kaboni ya silicon kwenye uso wa crucible ya kaboni / kaboni chini ya hali fulani ya joto na ulinzi wa gesi ya kubeba, kwa kutumia dioksidi ya silicon na chuma cha silicon kama malighafi katika uwekaji wa joto la juu. tanuru. Matokeo yanaonyesha kuwa matibabu ya joto la juu sio tu inaboresha usafi na nguvu ya mipako ya sic, lakini pia inaboresha sana upinzani wa kuvaa kwa uso wa mchanganyiko wa kaboni / kaboni, na kuzuia kutu ya uso wa crucible na mvuke wa SiO. na atomi tete za oksijeni katika tanuru ya silicon ya monocrystal. Maisha ya huduma ya crucible yanaongezeka kwa 20% ikilinganishwa na yale ya crucible bila mipako ya sic.

1.2 Maendeleo ya maombi na utafiti katika bomba la mwongozo wa mtiririko

Silinda ya mwongozo iko juu ya crucible (kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1). Katika mchakato wa kuvuta kioo, tofauti ya joto kati ya ndani na nje ya shamba ni kubwa, hasa uso wa chini ni karibu zaidi na nyenzo za silicon iliyoyeyuka, halijoto ni ya juu zaidi, na kutu na mvuke wa silicon ndio mbaya zaidi.

Watafiti waligundua mchakato rahisi na upinzani mzuri wa oxidation wa mipako ya kupambana na oxidation ya bomba la mwongozo na njia ya maandalizi. Kwanza, safu ya whisker ya silicon carbide ilikuzwa kwenye tumbo la bomba la mwongozo, na kisha safu ya nje ya silicon ya carbide ilitayarishwa, ili safu ya mpito ya SiCw ifanyike kati ya tumbo na safu ya uso ya kaboni ya silicon. , kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3. Mgawo wa upanuzi wa mafuta ulikuwa kati ya tumbo na carbudi ya silicon. Inaweza kupunguza kwa ufanisi mkazo wa joto unaosababishwa na kutolingana kwa mgawo wa upanuzi wa mafuta.

Uchambuzi unaonyesha kwamba kwa ongezeko la maudhui ya SiCw, ukubwa na idadi ya nyufa katika mipako hupungua. Baada ya oxidation ya saa 10 katika hewa ya 1100 ℃, kiwango cha kupoteza uzito cha sampuli ya mipako ni 0.87% ~ 8.87% tu, na upinzani wa oxidation na upinzani wa mshtuko wa joto wa mipako ya silicon ya carbide imeboreshwa sana. Mchakato mzima wa utayarishaji unakamilishwa kwa kuendelea na uwekaji wa mvuke wa kemikali, utayarishaji wa mipako ya carbudi ya silicon hurahisishwa sana, na utendaji wa kina wa pua nzima huimarishwa.

Watafiti walipendekeza njia ya uimarishaji wa matrix na mipako ya uso ya bomba la mwongozo wa grafiti kwa silicon ya czohr monocrystal. Tope lililopatikana la silicon carbide lilipakwa kwa usawa juu ya uso wa bomba la mwongozo la grafiti na unene wa mipako wa 30~50 μm kwa mipako ya brashi au njia ya mipako ya dawa, na kisha kuwekwa kwenye tanuru ya joto la juu kwa majibu ya in-situ, joto la mmenyuko. ilikuwa 1850 ~ 2300 ℃, na uhifadhi wa joto ulikuwa 2 ~ 6h. Safu ya nje ya SiC inaweza kutumika katika tanuru ya ukuaji wa kioo ya inchi 24 (60.96 cm), na halijoto ya matumizi ni 1500 ℃, na imebainika kuwa hakuna poda inayopasuka na inayoanguka kwenye uso wa silinda ya mwongozo wa grafiti baada ya 1500h. .

1.3 Maendeleo ya matumizi na utafiti katika silinda ya insulation

Kama mojawapo ya vipengele muhimu vya mfumo wa uga wa mafuta wa silicon ya monocrystalline, silinda ya insulation hutumiwa hasa kupunguza upotevu wa joto na kudhibiti kiwango cha joto cha mazingira ya uga wa joto. Kama sehemu inayounga mkono ya safu ya ndani ya ukuta wa tanuru moja ya fuwele, kutu ya mvuke ya silicon husababisha kushuka kwa slag na kupasuka kwa bidhaa, ambayo hatimaye husababisha kushindwa kwa bidhaa.

Ili kuongeza zaidi upinzani wa kutu wa mvuke ya silicon ya bomba la insulation la C/C-sic, watafiti waliweka bidhaa za bomba za insulation za C/C-sic zilizoandaliwa tayari kwenye tanuru ya mmenyuko wa mvuke wa kemikali, na kuandaa mipako mnene ya silicon kwenye uso wa bidhaa za bomba za insulation za C/C-sic kwa mchakato wa uwekaji wa mvuke wa kemikali. Matokeo yanaonyesha kwamba, Mchakato huo unaweza kuzuia kwa ufanisi ulikaji wa nyuzinyuzi kaboni kwenye msingi wa C/C-sic Composite na mvuke wa silicon, na upinzani wa kutu wa mvuke wa silicon huongezeka kwa mara 5 hadi 10 ikilinganishwa na Composite ya kaboni/kaboni, na maisha ya huduma ya silinda ya insulation na usalama wa mazingira ya uwanja wa joto huboreshwa sana.

2.Hitimisho na matarajio

Mipako ya carbudi ya siliconinatumika zaidi na zaidi katika nyenzo za uwanja wa joto wa kaboni/kaboni kwa sababu ya upinzani wake bora wa oksidi kwenye joto la juu. Kwa kuongezeka kwa saizi ya vifaa vya uwanja wa mafuta ya kaboni/kaboni inayotumika katika utengenezaji wa silikoni ya monocrystalline, jinsi ya kuboresha usawa wa mipako ya silicon ya kaboni kwenye uso wa vifaa vya uwanja wa mafuta na kuboresha maisha ya huduma ya vifaa vya uwanja wa mafuta ya kaboni/kaboni limekuwa shida ya dharura. kutatuliwa.

Kwa upande mwingine, pamoja na maendeleo ya tasnia ya silicon ya monocrystalline, mahitaji ya vifaa vya uwanja wa mafuta ya kaboni/kaboni pia yanaongezeka, na nanofiber za SiC pia hupandwa kwenye nyuzi za kaboni za ndani wakati wa majibu. Viwango vya kupunguzwa kwa wingi na viwango vya uondoaji wa mstari wa C/C-ZRC na C/C-sic ZrC composites zilizotayarishwa na majaribio ni -0.32 mg/s na 2.57 μm/s, mtawalia. Viwango vya uondoaji wa wingi na mstari wa C/ C-sic -ZrC composites ni -0.24mg/s na 1.66 μm/s, mtawalia. Michanganyiko ya C/ C-ZRC yenye nanofiber za SiC zina sifa bora zaidi za uondoaji. Baadaye, athari za vyanzo tofauti vya kaboni kwenye ukuaji wa nanofiber za SiC na utaratibu wa nanofiber za SiC zinazoimarisha sifa za ablative za C/C-ZRC composites zitasomwa.

Mchanganyiko wa mchanganyiko wa mipako ya kaboni/kaboni ulitayarishwa na mchakato wa upenyezaji wa mvuke wa kemikali na mmenyuko wa in-situ. Mipako ya mchanganyiko iliundwa na mipako ya silicon carbide (100~300μm), mipako ya silicon (10~20μm) na mipako ya nitridi ya silicon (50~100μm), ambayo inaweza kuzuia kutu ya mvuke wa silicon kwenye uso wa ndani wa composite ya kaboni / kaboni. sulubu. Katika mchakato wa uzalishaji, upotezaji wa crucible iliyofunikwa ya kaboni / kaboni yenye mchanganyiko ni 0.04 mm kwa tanuru, na maisha ya huduma yanaweza kufikia nyakati 180 za tanuru.