Monokristal silikon-2 için karbon/karbon termal alan malzemelerinde SiC kaplamanın uygulanması ve araştırma ilerlemesi

1 Karbon/karbon termal alan malzemelerinde silisyum karbür kaplamanın uygulanması ve araştırma ilerlemesi

1.1 Pota hazırlamada uygulama ve araştırma ilerlemesi

Tek kristal termal alanda,karbon/karbon potasıesas olarak silikon malzeme için bir taşıma kabı olarak kullanılır vekuvars potaŞekil 2'de gösterildiği gibi. Karbon/karbon potanın çalışma sıcaklığı yaklaşık 1450°C'dir; bu, katı silikonun (silikon dioksit) ve silikon buharının çift erozyonuna maruz kalır ve son olarak pota incelir veya halka çatlağı oluşur. , potanın arızalanmasına neden olur.

Kimyasal buhar geçirgenlik prosesi ve yerinde reaksiyon yoluyla bir kompozit kaplama karbon/karbon kompozit potası hazırlandı. Kompozit kaplama, karbon/karbon kompozitin iç yüzeyindeki silikon buharının korozyonunu etkili bir şekilde engelleyebilen silikon karbür kaplama (100~300μm), silikon kaplama (10~20μm) ve silikon nitrür kaplamadan (50~100μm) oluşuyordu. pota. Üretim sürecinde kompozit kaplı karbon/karbon kompozit potanın kaybı fırın başına 0,04 mm'dir ve servis ömrü 180 fırın katına ulaşabilir.

Araştırmacılar, yüksek sıcaklıkta sinterlemede silikon dioksit ve silikon metalini hammadde olarak kullanarak, belirli sıcaklık koşulları altında karbon/karbon kompozit potanın yüzeyinde tekdüze bir silikon karbür kaplama oluşturmak ve taşıyıcı gazın korunmasını sağlamak için bir kimyasal reaksiyon yöntemi kullandılar. fırın. Sonuçlar, yüksek sıcaklık işleminin yalnızca kaplamanın saflığını ve gücünü arttırmakla kalmayıp, aynı zamanda karbon/karbon kompozit yüzeyinin aşınma direncini de büyük ölçüde arttırdığını ve pota yüzeyinin SiO buharı tarafından korozyona uğramasını önlediğini göstermektedir. ve monokristal silikon fırınındaki uçucu oksijen atomları. Pota servis ömrü, kaplamasız potaya göre %20 oranında artırılmıştır.

1.2 Akış kılavuzu tüpünde uygulama ve araştırma ilerlemesi

Kılavuz silindir potanın üzerinde bulunur (Şekil 1'de gösterildiği gibi). Kristal çekme işleminde alanın içi ve dışı arasındaki sıcaklık farkı büyüktür, özellikle alt yüzey erimiş silikon malzemeye en yakın olanıdır, sıcaklık en yüksektir ve silikon buharından kaynaklanan korozyon en ciddidir.

Araştırmacılar, kılavuz tüp anti-oksidasyon kaplaması ve hazırlama yöntemi için basit bir işlem ve iyi bir oksidasyon direnci icat etti. İlk olarak, kılavuz tüpün matrisi üzerinde yerinde bir silisyum karbür bıyık tabakası büyütüldü ve ardından yoğun bir silisyum karbür dış tabaka hazırlandı, böylece matris ile yoğun silisyum karbür yüzey tabakası arasında bir SiCw geçiş tabakası oluşturuldu. Şekil 3'te gösterildiği gibi. Termal genleşme katsayısı matris ile silisyum karbür arasındaydı. Termal genleşme katsayısının uyumsuzluğundan kaynaklanan termal stresi etkili bir şekilde azaltabilir.

Analiz, SiCw içeriğinin artmasıyla kaplamadaki çatlakların boyutunun ve sayısının azaldığını göstermektedir. 1100 °C'de havada 10 saat oksidasyondan sonra, kaplama numunesinin ağırlık kaybı oranı yalnızca %0,87~%8,87'dir ve silisyum karbür kaplamanın oksidasyon direnci ve termal şok direnci büyük ölçüde iyileştirilmiştir. Tüm hazırlama süreci kimyasal buhar biriktirme yoluyla sürekli olarak tamamlanır, silisyum karbür kaplamanın hazırlanması büyük ölçüde basitleştirilir ve tüm nozülün kapsamlı performansı güçlendirilir.

Araştırmacılar, czohr monokristal silikon için matris güçlendirme ve grafit kılavuz tüpün yüzey kaplaması için bir yöntem önerdiler. Elde edilen silisyum karbür bulamacı, fırça kaplama veya sprey kaplama yöntemiyle 30 ~ 50 μm kaplama kalınlığına sahip grafit kılavuz tüpün yüzeyi üzerine düzgün bir şekilde kaplandı ve daha sonra yerinde reaksiyon için yüksek sıcaklıkta bir fırına yerleştirildi, reaksiyon sıcaklığı 1850~2300 °C ve ısı koruması 2~6 saatti. SiC dış katmanı, 24 inçlik (60,96 cm) tek kristal büyütme fırınında kullanılabilir ve kullanım sıcaklığı 1500 ° C'dir ve 1500 saat sonra grafit kılavuz silindirin yüzeyinde çatlama veya düşme tozu olmadığı bulunmuştur. .

1.3 Yalıtım silindirinde uygulama ve araştırma ilerlemesi

Monokristalin silikon termal alan sisteminin temel bileşenlerinden biri olan yalıtım silindiri esas olarak ısı kaybını azaltmak ve termal alan ortamının sıcaklık gradyanını kontrol etmek için kullanılır. Tek kristalli fırının iç duvar yalıtım katmanının destekleyici bir parçası olarak silikon buharı korozyonu, cürufun düşmesine ve ürünün çatlamasına neden olur ve bu da sonuçta ürün arızasına yol açar.

C/C-sic kompozit yalıtım tüpünün silikon buharı korozyon direncini daha da arttırmak için araştırmacılar, hazırlanan C/C-sic kompozit yalıtım tüpü ürünlerini kimyasal buhar reaksiyon fırınına koydular ve üzerine yoğun silikon karbür kaplama hazırladılar. C/C-sic kompozit yalıtım tüpü ürünlerinin yüzeyi kimyasal buhar biriktirme işlemiyle. Sonuçlar şunu göstermektedir: Proses, C/C-sic kompozitin çekirdeği üzerindeki karbon fiberin silikon buharı ile korozyonunu etkili bir şekilde önleyebilmektedir ve silikon buharının korozyon direnci, karbon/karbon kompozit ile karşılaştırıldığında 5 ila 10 kat arttırılmaktadır. Yalıtım silindirinin servis ömrü ve termal alan ortamının güvenliği büyük ölçüde iyileştirildi.

2.Sonuç ve olasılık

Silisyum karbür kaplamaYüksek sıcaklıkta mükemmel oksidasyon direnci nedeniyle karbon/karbon termal alan malzemelerinde giderek daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Monokristal silikon üretiminde kullanılan karbon/karbon termal alan malzemelerinin boyutunun artmasıyla birlikte, termal alan malzemelerinin yüzeyindeki silisyum karbür kaplamanın homojenliğinin nasıl iyileştirileceği ve karbon/karbon termal alan malzemelerinin hizmet ömrünün nasıl iyileştirileceği acil bir sorun haline geldi çözülecek.

Öte yandan, monokristalin silikon endüstrisinin gelişmesiyle birlikte, yüksek saflıkta karbon/karbon termal alan malzemelerine olan talep de artıyor ve reaksiyon sırasında iç karbon fiberler üzerinde SiC nanofiberleri de büyüyor. Deneylerle hazırlanan C/C-ZRC ve C/C-sic ZrC kompozitlerinin kütle ablasyon ve doğrusal ablasyon oranları sırasıyla -0,32 mg/s ve 2,57 μm/s'dir. C/C-sic -ZrC kompozitlerinin kütle ve hat ablasyon oranları sırasıyla -0,24 mg/s ve 1,66 μm/s'dir. SiC nanofiberli C/C-ZRC kompozitleri daha iyi ablatif özelliklere sahiptir. Daha sonra farklı karbon kaynaklarının SiC nanoliflerinin büyümesi üzerindeki etkileri ve SiC nanoliflerinin C/C-ZRC kompozitlerinin aşındırma özelliklerini güçlendiren mekanizması incelenecektir.

Kimyasal buhar geçirgenlik prosesi ve yerinde reaksiyon yoluyla bir kompozit kaplama karbon/karbon kompozit potası hazırlandı. Kompozit kaplama, karbon/karbon kompozitin iç yüzeyindeki silikon buharının korozyonunu etkili bir şekilde engelleyebilen silikon karbür kaplama (100~300μm), silikon kaplama (10~20μm) ve silikon nitrür kaplamadan (50~100μm) oluşuyordu. pota. Üretim sürecinde kompozit kaplı karbon/karbon kompozit potanın kaybı fırın başına 0,04 mm'dir ve servis ömrü 180 fırın katına ulaşabilir.