1 ความก้าวหน้าของการประยุกต์และการวิจัยการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ในวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอน
1.1 การประยุกต์ใช้และความคืบหน้าการวิจัยในการเตรียมเบ้าหลอม
ในสนามความร้อนผลึกเดี่ยวคาร์บอน/คาร์บอนเบ้าหลอมส่วนใหญ่จะใช้เป็นภาชนะสำหรับบรรทุกวัสดุซิลิกอนและสัมผัสกับเบ้าหลอมควอตซ์ดังแสดงในรูปที่ 2 อุณหภูมิในการทำงานของเบ้าหลอมคาร์บอน/คาร์บอนอยู่ที่ประมาณ 1,450°C ซึ่งอยู่ภายใต้การกัดเซาะสองครั้งของซิลิคอนแข็ง (ซิลิคอนไดออกไซด์) และไอซิลิคอน และในที่สุดเบ้าหลอมจะบางหรือมีแหวนแตก ส่งผลให้เบ้าหลอมเสียหาย
ถ้วยใส่ตัวอย่างคอมโพสิตคาร์บอน/คาร์บอนเคลือบคอมโพสิตถูกเตรียมโดยกระบวนการซึมผ่านไอสารเคมีและปฏิกิริยาในแหล่งกำเนิด การเคลือบคอมโพสิตประกอบด้วยการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ (100~300μm) การเคลือบซิลิกอน (10~20μm) และการเคลือบซิลิกอนไนไตรด์ (50~100μm) ซึ่งสามารถยับยั้งการกัดกร่อนของไอซิลิคอนบนพื้นผิวด้านในของคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ เบ้าหลอม ในกระบวนการผลิต การสูญเสียของเบ้าหลอมคอมโพสิตเคลือบคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตคือ 0.04 มม. ต่อเตาเผา และอายุการใช้งานสามารถเข้าถึง 180 ครั้งของเตาเผา
นักวิจัยใช้วิธีการทำปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อสร้างการเคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์ที่สม่ำเสมอบนพื้นผิวของเบ้าหลอมคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่กำหนดและการป้องกันก๊าซตัวพา โดยใช้ซิลิคอนไดออกไซด์และโลหะซิลิกอนเป็นวัตถุดิบในการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง เตา ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าการบำบัดด้วยอุณหภูมิสูงไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความบริสุทธิ์และความแข็งแรงของการเคลือบ sic เท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มความต้านทานการสึกหรอของพื้นผิวของคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตได้อย่างมาก และป้องกันการกัดกร่อนของพื้นผิวของเบ้าหลอมโดยไอ SiO และอะตอมออกซิเจนที่ระเหยง่ายในเตาซิลิคอนโมโนคริสตัล อายุการใช้งานของถ้วยใส่ตัวอย่างเพิ่มขึ้น 20% เมื่อเทียบกับถ้วยใส่ตัวอย่างที่ไม่มีการเคลือบ sic
1.2 ความก้าวหน้าในการประยุกต์ใช้และการวิจัยในท่อนำการไหล
กระบอกนำตั้งอยู่เหนือเบ้าหลอม (ดังแสดงในรูปที่ 1) ในกระบวนการดึงคริสตัล ความแตกต่างของอุณหภูมิภายในและภายนอกสนามมีขนาดใหญ่ โดยเฉพาะพื้นผิวด้านล่างใกล้กับวัสดุซิลิกอนหลอมเหลวมากที่สุด อุณหภูมิจะสูงที่สุด และการกัดกร่อนโดยไอซิลิกอนนั้นร้ายแรงที่สุด
นักวิจัยได้คิดค้นกระบวนการที่เรียบง่ายและต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดีของการเคลือบป้องกันการเกิดออกซิเดชันของหลอดนำทางและวิธีการเตรียม ขั้นแรก ชั้นของซิลิคอนคาร์ไบด์วิสเกอร์ถูกปลูกในแหล่งกำเนิดบนเมทริกซ์ของท่อนำ จากนั้นจึงเตรียมชั้นนอกของซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีความหนาแน่นสูง เพื่อให้เกิดชั้นการเปลี่ยนผ่าน SiCw ระหว่างเมทริกซ์และชั้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีความหนาแน่นสูง ดังแสดงในรูปที่ 3 ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนอยู่ระหว่างเมทริกซ์กับซิลิคอนคาร์ไบด์ สามารถลดความเครียดจากความร้อนที่เกิดจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ไม่ตรงกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าเมื่อปริมาณ SiCw เพิ่มขึ้น ขนาดและจำนวนรอยแตกร้าวในชั้นเคลือบจะลดลง หลังจากออกซิเดชัน 10 ชั่วโมงในอากาศ 1100 ℃ อัตราการสูญเสียน้ำหนักของตัวอย่างการเคลือบจะอยู่ที่ 0.87%~8.87% เท่านั้น และความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก กระบวนการเตรียมทั้งหมดจะเสร็จสมบูรณ์อย่างต่อเนื่องโดยการสะสมไอสารเคมี การเตรียมการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์นั้นง่ายขึ้นอย่างมาก และประสิทธิภาพที่ครอบคลุมของหัวฉีดทั้งหมดก็แข็งแกร่งขึ้น
นักวิจัยเสนอวิธีการเสริมความแข็งแรงของเมทริกซ์และการเคลือบพื้นผิวของท่อนำกราไฟท์สำหรับซิลิคอนโมโนคริสตัล czohr สารละลายซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ได้รับนั้นถูกเคลือบอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวของท่อนำกราไฟท์โดยมีความหนาเคลือบ 30 ~ 50 μm โดยการเคลือบด้วยแปรงหรือวิธีการเคลือบสเปรย์ จากนั้นนำไปใส่ในเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูงสำหรับปฏิกิริยาในแหล่งกำเนิด อุณหภูมิของปฏิกิริยา คือ 1850 ~ 2300 ℃ และการเก็บรักษาความร้อนคือ 2 ~ 6 ชม. ชั้นนอกของ SiC สามารถใช้ในเตาเติบโตผลึกเดี่ยวขนาด 24 นิ้ว (60.96 ซม.) และอุณหภูมิการใช้งานอยู่ที่ 1,500 ℃ และพบว่าไม่มีผงแตกและตกลงบนพื้นผิวของกระบอกนำกราไฟท์หลังจาก 1,500 ชั่วโมง .
1.3 ความก้าวหน้าของการประยุกต์และการวิจัยด้านฉนวนกระบอก
ในฐานะที่เป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญของระบบสนามความร้อนซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ กระบอกฉนวนส่วนใหญ่จะใช้เพื่อลดการสูญเสียความร้อนและควบคุมการไล่ระดับอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมสนามความร้อน ในฐานะที่เป็นส่วนรองรับของชั้นฉนวนผนังด้านในของเตาผลึกเดี่ยว การกัดกร่อนของไอซิลิคอนทำให้เกิดตะกรันตกและการแตกร้าวของผลิตภัณฑ์ ซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวของผลิตภัณฑ์ในที่สุด
เพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของไอซิลิคอนของท่อฉนวนคอมโพสิต C/ C-sic นักวิจัยได้ใส่ผลิตภัณฑ์ท่อฉนวนคอมโพสิต C/ C-sic ที่เตรียมไว้ลงในเตาปฏิกิริยาไอเคมี และเตรียมการเคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์หนาแน่นบน พื้นผิวของผลิตภัณฑ์ท่อฉนวนคอมโพสิต C / C-sic โดยกระบวนการสะสมไอสารเคมี ผลการวิจัยพบว่า กระบวนการนี้สามารถยับยั้งการกัดกร่อนของคาร์บอนไฟเบอร์บนแกนของคอมโพสิต C/ C-sic ได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยไอซิลิคอน และความต้านทานการกัดกร่อนของไอซิลิกอนจะเพิ่มขึ้น 5 ถึง 10 เท่าเมื่อเทียบกับคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิต และอายุการใช้งานของกระบอกฉนวนและความปลอดภัยของสภาพแวดล้อมสนามความร้อนได้รับการปรับปรุงอย่างมาก
2.ข้อสรุปและโอกาส
การเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอน เนื่องจากมีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิสูง ด้วยขนาดที่เพิ่มขึ้นของวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอนที่ใช้ในการผลิตซิลิกอนโมโนคริสตัลไลน์ วิธีปรับปรุงความสม่ำเสมอของการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์บนพื้นผิวของวัสดุสนามความร้อน และปรับปรุงอายุการใช้งานของวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอนได้กลายเป็นปัญหาเร่งด่วน ที่จะแก้ไข
ในทางกลับกัน ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรมซิลิกอนโมโนคริสตัลไลน์ ความต้องการวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอนที่มีความบริสุทธิ์สูงก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน และเส้นใยนาโน SiC ก็เติบโตขึ้นบนเส้นใยคาร์บอนภายในในระหว่างการทำปฏิกิริยา อัตราการระเหยของมวลและอัตราการระเหยเชิงเส้นของคอมโพสิต C/ C-ZRC และ C/ C-sic ZrC ที่เตรียมโดยการทดลองคือ -0.32 มก./วินาที และ 2.57 ไมโครเมตร/วินาที ตามลำดับ อัตราการระเหยของมวลและเส้นของคอมโพสิต C/ C-sic -ZrC คือ -0.24 มก./วินาที และ 1.66 ไมโครเมตร/วินาที ตามลำดับ คอมโพสิต C/ C-ZRC ที่มีเส้นใยนาโน SiC มีคุณสมบัติในการระเหยที่ดีกว่า ต่อมา จะมีการศึกษาผลกระทบของแหล่งคาร์บอนต่างๆ ต่อการเจริญเติบโตของเส้นใยนาโน SiC และกลไกของเส้นใยนาโน SiC ที่เสริมคุณสมบัติการระเหยของคอมโพสิต C/ C-ZRC
ถ้วยใส่ตัวอย่างคอมโพสิตคาร์บอน/คาร์บอนเคลือบคอมโพสิตถูกเตรียมโดยกระบวนการซึมผ่านไอสารเคมีและปฏิกิริยาในแหล่งกำเนิด การเคลือบคอมโพสิตประกอบด้วยการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ (100~300μm) การเคลือบซิลิกอน (10~20μm) และการเคลือบซิลิกอนไนไตรด์ (50~100μm) ซึ่งสามารถยับยั้งการกัดกร่อนของไอซิลิคอนบนพื้นผิวด้านในของคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ เบ้าหลอม ในกระบวนการผลิต การสูญเสียของเบ้าหลอมคอมโพสิตเคลือบคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตคือ 0.04 มม. ต่อเตาเผา และอายุการใช้งานสามารถเข้าถึง 180 ครั้งของเตาเผา
เวลาโพสต์: 22 ก.พ. 2024