1 Tiến độ ứng dụng và nghiên cứu lớp phủ silicon cacbua trong vật liệu trường nhiệt cacbon/cacbon
1.1 Ứng dụng và tiến độ nghiên cứu trong việc chuẩn bị nồi nấu kim loại
Trong trường nhiệt đơn tinh thể,nồi nấu cacbon/cacbonchủ yếu được sử dụng làm vật chứa vật liệu silicon và tiếp xúc vớinồi nấu thạch anh, như trong Hình 2. Nhiệt độ làm việc của nồi nấu kim loại cacbon/cacbon là khoảng 1450oC, chịu sự xói mòn kép của silicon rắn (silicon dioxide) và hơi silicon, và cuối cùng nồi nấu kim loại trở nên mỏng hoặc có vết nứt vòng, dẫn đến hỏng nồi nấu kim loại.
Nồi nấu kim loại bằng hỗn hợp cacbon/cacbon có lớp phủ tổng hợp được điều chế bằng quy trình thẩm thấu hơi hóa học và phản ứng tại chỗ. Lớp phủ composite bao gồm lớp phủ silicon cacbua (100 ~ 300μm), lớp phủ silicon (10~20μm) và lớp phủ silicon nitride (50~100μm), có thể ức chế hiệu quả sự ăn mòn của hơi silicon trên bề mặt bên trong của nồi nấu bằng hỗn hợp cacbon/cacbon. Trong quá trình sản xuất, tổn thất của nồi nấu bằng hỗn hợp carbon/carbon được phủ composite là 0,04 mm trên mỗi lò và tuổi thọ có thể đạt tới 180 lần lò.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp phản ứng hóa học để tạo ra lớp phủ silicon cacbua đồng nhất trên bề mặt nồi nấu bằng hỗn hợp cacbon/cacbon trong các điều kiện nhiệt độ nhất định và bảo vệ khí mang, sử dụng silicon dioxide và kim loại silicon làm nguyên liệu thô trong quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao. lò nung. Kết quả cho thấy việc xử lý nhiệt độ cao không chỉ cải thiện độ tinh khiết và độ bền của lớp phủ sic mà còn cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn của bề mặt hỗn hợp carbon / carbon và ngăn ngừa sự ăn mòn bề mặt nồi nấu bằng hơi SiO và các nguyên tử oxy dễ bay hơi trong lò silicon đơn tinh thể. Tuổi thọ của nồi nấu kim loại tăng 20% so với nồi nấu kim loại không có lớp phủ sic.
1.2 Ứng dụng và tiến độ nghiên cứu ống dẫn dòng
Xi lanh dẫn hướng được đặt phía trên nồi nấu kim loại (như trong Hình 1). Trong quá trình kéo tinh thể, chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài trường rất lớn, đặc biệt là bề mặt đáy gần vật liệu silicon nóng chảy nhất, nhiệt độ cao nhất và sự ăn mòn do hơi silicon là nghiêm trọng nhất.
Các nhà nghiên cứu đã phát minh ra một quy trình đơn giản và khả năng chống oxy hóa tốt của phương pháp chuẩn bị và phủ lớp chống oxy hóa ống dẫn hướng. Đầu tiên, một lớp râu cacbua silic được phát triển tại chỗ trên ma trận của ống dẫn hướng, sau đó chuẩn bị lớp ngoài cacbua silic dày đặc, sao cho lớp chuyển tiếp SiCw được hình thành giữa ma trận và lớp bề mặt cacbua silic dày đặc. , như trong Hình 3. Hệ số giãn nở nhiệt là giữa ma trận và cacbua silic. Nó có thể làm giảm hiệu quả ứng suất nhiệt do hệ số giãn nở nhiệt không phù hợp.
Phân tích cho thấy khi hàm lượng SiCw tăng lên thì kích thước và số lượng vết nứt trên lớp phủ giảm đi. Sau 10h oxy hóa ở 1100oCkhông khí, tỷ lệ hao hụt trọng lượng của mẫu phủ chỉ 0,87% ~ 8,87%, khả năng chống oxy hóa và chống sốc nhiệt của lớp phủ silicon cacbua được cải thiện rất nhiều. Toàn bộ quá trình chuẩn bị được hoàn thành liên tục bằng cách lắng đọng hơi hóa học, việc chuẩn bị lớp phủ cacbua silic được đơn giản hóa rất nhiều và hiệu suất toàn diện của toàn bộ vòi phun được tăng cường.
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất phương pháp tăng cường ma trận và phủ bề mặt ống dẫn hướng bằng than chì cho silicon đơn tinh thể czohr. Bùn cacbua silic thu được được phủ đồng đều trên bề mặt ống dẫn than chì với độ dày lớp phủ từ 30 ~ 50μm bằng phương pháp phủ cọ hoặc phun sơn, sau đó đặt vào lò nhiệt độ cao để phản ứng tại chỗ, nhiệt độ phản ứng là 1850 ~ 2300oC, và bảo quản nhiệt là 2 ~ 6h. Lớp ngoài SiC có thể được sử dụng trong lò tăng trưởng đơn tinh thể 24 in (60,96 cm) và nhiệt độ sử dụng là 1500oC, và người ta nhận thấy không có hiện tượng nứt và rơi bột trên bề mặt trụ dẫn hướng bằng than chì sau 1500h.
1.3 Tình hình ứng dụng và nghiên cứu xi lanh cách nhiệt
Là một trong những thành phần chính của hệ thống trường nhiệt silicon đơn tinh thể, xi lanh cách nhiệt chủ yếu được sử dụng để giảm tổn thất nhiệt và kiểm soát độ dốc nhiệt độ của môi trường trường nhiệt. Là bộ phận hỗ trợ của lớp cách nhiệt thành bên trong của lò đơn tinh thể, sự ăn mòn hơi silicon dẫn đến xỉ rơi và nứt sản phẩm, cuối cùng dẫn đến hỏng sản phẩm.
Để nâng cao hơn nữa khả năng chống ăn mòn hơi silicon của ống cách nhiệt bằng composite C/C-sic, các nhà nghiên cứu đã đưa các sản phẩm ống cách nhiệt bằng composite C/C-sic đã chuẩn bị sẵn vào lò phản ứng hơi hóa học và chuẩn bị lớp phủ cacbua silic dày đặc trên bề mặt. bề mặt sản phẩm ống cách nhiệt composite C/C-sic bằng quá trình lắng đọng hơi hóa học. Kết quả cho thấy, Quá trình này có thể ức chế hiệu quả sự ăn mòn sợi carbon trên lõi composite C/C-sic bằng hơi silicon và khả năng chống ăn mòn của hơi silicon tăng gấp 5 đến 10 lần so với composite carbon/carbon, và tuổi thọ của xi lanh cách nhiệt và sự an toàn của môi trường trường nhiệt được cải thiện rất nhiều.
2.Kết luận và triển vọng
Lớp phủ cacbua silicngày càng được sử dụng rộng rãi trong các vật liệu trường nhiệt carbon/carbon vì khả năng chống oxy hóa tuyệt vời ở nhiệt độ cao. Với kích thước ngày càng tăng của vật liệu trường nhiệt cacbon/cacbon được sử dụng trong sản xuất silicon đơn tinh thể, làm thế nào để cải thiện tính đồng nhất của lớp phủ cacbua silic trên bề mặt vật liệu trường nhiệt và cải thiện tuổi thọ của vật liệu trường nhiệt cacbon/cacbon đã trở thành một vấn đề cấp bách. để được giải quyết.
Mặt khác, với sự phát triển của ngành công nghiệp silicon đơn tinh thể, nhu cầu về vật liệu trường nhiệt carbon/carbon có độ tinh khiết cao cũng ngày càng tăng và các sợi nano SiC cũng được phát triển trên các sợi carbon bên trong trong quá trình phản ứng. Tốc độ cắt bỏ khối lượng và tốc độ cắt bỏ tuyến tính của vật liệu tổng hợp C/C-ZRC và C/C-sic ZrC được điều chế bằng thí nghiệm là -0,32 mg/s và 2,57μm/s tương ứng. Tốc độ cắt bỏ khối lượng và đường thẳng của vật liệu tổng hợp C/ C-sic -ZrC là -0,24mg/s và 1,66μm/s tương ứng. Vật liệu tổng hợp C/C-ZRC với sợi nano SiC có đặc tính mài mòn tốt hơn. Sau đó, ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau đến sự phát triển của sợi nano SiC và cơ chế của sợi nano SiC củng cố tính chất mài mòn của vật liệu tổng hợp C/C-ZRC sẽ được nghiên cứu.
Nồi nấu kim loại bằng hỗn hợp cacbon/cacbon có lớp phủ tổng hợp được điều chế bằng quy trình thẩm thấu hơi hóa học và phản ứng tại chỗ. Lớp phủ composite bao gồm lớp phủ silicon cacbua (100 ~ 300μm), lớp phủ silicon (10~20μm) và lớp phủ silicon nitride (50~100μm), có thể ức chế hiệu quả sự ăn mòn của hơi silicon trên bề mặt bên trong của nồi nấu bằng hỗn hợp cacbon/cacbon. Trong quá trình sản xuất, tổn thất của nồi nấu bằng hỗn hợp carbon/carbon được phủ composite là 0,04 mm trên mỗi lò và tuổi thọ có thể đạt tới 180 lần lò.
Thời gian đăng: 22-02-2024