ለሞኖክሪስታሊን ሲሊከን-2 በካርቦን/ካርቦን የሙቀት መስክ ቁሳቁሶች ውስጥ የSiC ሽፋን አተገባበር እና የምርምር ሂደት

1 በካርቦን/ካርቦን የሙቀት መስክ ቁሶች ውስጥ የሲሊኮን ካርቦይድ ሽፋን አተገባበር እና የምርምር ሂደት

1.1 በክሩብል ዝግጅት ውስጥ የማመልከቻ እና የምርምር እድገት

በነጠላ ክሪስታል የሙቀት መስክ ውስጥ፣የካርቦን/ካርቦን ክሩብልበዋናነት ለሲሊኮን ቁሳቁስ እንደ ማጓጓዣ ዕቃ የሚያገለግል ሲሆን ከሱ ጋር ግንኙነት ያለው ነው።ኳርትዝ ክሩሲብልበስእል 2 ላይ እንደሚታየው። የካርቦን/ካርቦን ክሩሲብል የሥራ ሙቀት 1450℃ አካባቢ ሲሆን ይህም ለጠንካራ ሲሊከን (ሲሊከን ዳይኦክሳይድ) እና ለሲሊከን ትነት ድርብ መሸርሸር የተጋለጠ ሲሆን በመጨረሻም ክሩሲብል ቀጭን ይሆናል ወይም የቀለበት መሰንጠቅ ይኖረዋል፣ ይህም የክሩሲብል ውድቀት ያስከትላል።

የተቀናጀ ሽፋን የካርቦን/ካርቦን ኮምፖዚት ክሩሲብል የተዘጋጀው በኬሚካል ትነት ፐርሜሽን ሂደት እና በቦታው ውስጥ ባለው ምላሽ ነው። የተቀናጀ ሽፋን ከሲሊኮን ካርቦይድ ሽፋን (100~300μm)፣ ከሲሊኮን ሽፋን (10~20μm) እና ከሲሊኮን ናይትሬድ ሽፋን (50~100μm) ሲሆን ይህም በካርቦን/ካርቦን ኮምፖዚት ክሩሲብል ውስጣዊ ገጽ ላይ የሲሊኮን ትነት ዝገትን ውጤታማ በሆነ መንገድ ሊገታ ይችላል። በምርት ሂደት ውስጥ፣ የተቀናበረ ሽፋን ያለው የካርቦን/ካርቦን ኮምፖዚት ክሩሲብል መጥፋት በአንድ ምድጃ 0.04 ሚሜ ሲሆን የአገልግሎት ዘመኑ ደግሞ 180 የእቶን ጊዜ ሊደርስ ይችላል።

ተመራማሪዎቹ በተወሰኑ የሙቀት ሁኔታዎች እና በተሸካሚ ጋዝ ጥበቃ ስር በካርቦን/ካርቦን ኮምፖዚት ክሩሲብል ወለል ላይ አንድ ወጥ የሆነ የሲሊኮን ካርቦይድ ሽፋን ለመፍጠር የኬሚካል ግብረመልስ ዘዴን ተጠቅመዋል፣ ሲሊኮን ዳይኦክሳይድ እና ሲሊኮን ብረትን እንደ ጥሬ እቃዎች በከፍተኛ ሙቀት በሚሰራ የሲንተር እቶን ውስጥ ይጠቀማሉ። ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት ከፍተኛ የሙቀት መጠን ሕክምና የሲክ ሽፋንን ንፅህና እና ጥንካሬ ከማሻሻል ባለፈ የካርቦን/ካርቦን ኮምፖዚት ወለል ላይ የመልበስ መቋቋምን በእጅጉ ያሻሽላል፣ እንዲሁም የሲኦኦ ትነት እና በሞኖክሪስታል ሲሊኮን እቶን ውስጥ ባሉ ተለዋዋጭ የኦክስጅን አቶሞች የክሩሲብል ወለል ዝገት እንዳይከሰት ይከላከላል። የሲክ ሽፋን ከሌለው ክሪስቲብል የአገልግሎት ዘመን ጋር ሲነጻጸር በ20% ይጨምራል።

1.2 የፍሰት መመሪያ ቱቦ ውስጥ የትግበራ እና የምርምር እድገት

የመመሪያው ሲሊንደር ከክሩሲብል በላይ ይገኛል (በስእል 1 ላይ እንደሚታየው)። በክሪስታል መጎተት ሂደት ውስጥ፣ በውስጥ እና በውጭ መስክ መካከል ያለው የሙቀት ልዩነት ትልቅ ነው፣ በተለይም የታችኛው ወለል ከቀለጠ የሲሊኮን ቁሳቁስ ጋር በጣም ቅርብ ነው፣ የሙቀት መጠኑ ከፍተኛው ነው፣ እና በሲሊኮን ትነት የሚመጣ ዝገት በጣም ከባድ ነው።

ተመራማሪዎቹ የመመሪያ ቱቦ ፀረ-ኦክሳይድ ሽፋን እና የዝግጅት ዘዴ ቀላል ሂደት እና ጥሩ የኦክሳይድ መቋቋም ፈለሰፉ። በመጀመሪያ፣ በመሪው ቱቦ ማትሪክስ ላይ የሲሊኮን ካርቦይድ ዊስክ ንብርብር በቦታው ተበቅሏል፣ ከዚያም ጥቅጥቅ ያለ የሲሊኮን ካርቦይድ ውጫዊ ንብርብር ተዘጋጅቷል፣ ስለዚህም በምስል 3 ላይ እንደሚታየው በማትሪክስ እና ጥቅጥቅ ባለ የሲሊኮን ካርቦይድ ወለል ንብርብር መካከል የSiCw ሽግግር ንብርብር ተፈጠረ። የሙቀት መስፋፋት ኮፊሸንት በማትሪክስ እና በሲሊኮን ካርቦይድ መካከል ነበር። በሙቀት መስፋፋት ኮፊሸንት አለመመጣጠን ምክንያት የሚመጣውን የሙቀት ጭንቀት ውጤታማ በሆነ መንገድ ሊቀንስ ይችላል።

ትንታኔው እንደሚያሳየው የSiCw ይዘት ሲጨምር በሽፋኑ ውስጥ ያሉት ስንጥቆች መጠን እና ብዛት ይቀንሳል። በ1100 ℃ አየር ውስጥ ለ10 ሰዓታት ኦክሳይድ ከተደረገ በኋላ የሽፋን ናሙናው የክብደት መቀነስ መጠን ከ0.87% ~ 8.87% ብቻ ሲሆን የሲሊኮን ካርቦይድ ሽፋን የኦክሳይድ መቋቋም እና የሙቀት ድንጋጤ መቋቋም በእጅጉ ይሻሻላል። የዝግጅት ሂደቱ በሙሉ በኬሚካል ትነት ክምችት ያለማቋረጥ ይጠናቀቃል፣ የሲሊኮን ካርቦይድ ሽፋን ዝግጅት በጣም ቀላል ይሆናል፣ እና የጠቅላላው ኖዝል አጠቃላይ አፈፃፀም ይጠናከራል።

ተመራማሪዎቹ ለሲዞህር ሞኖክሪስታል ሲሊከን የግራፋይት መመሪያ ቱቦን የማትሪክስ ማጠናከሪያ እና የገጽታ ሽፋን ዘዴ አቅርበዋል። የተገኘው የሲሊኮን ካርቦይድ ስሉሪ በግራፋይት መመሪያ ቱቦው ወለል ላይ ከ30-50 μm የሆነ የሽፋን ውፍረት ባለው ብሩሽ ሽፋን ወይም በሚረጭ ሽፋን ዘዴ ተሸፍኖ ከዚያም በቦታው ምላሽ ለማግኘት በከፍተኛ ሙቀት ምድጃ ውስጥ ይቀመጣል፣ የምላሽ ሙቀቱ 1850-2300 ℃ ነበር፣ እና የሙቀት መከላከያው 2-6 ሰዓት ነበር። የSiC ውጫዊ ንብርብር በ24 ኢንች (60.96 ሴ.ሜ) ነጠላ ክሪስታል የእድገት ምድጃ ውስጥ ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል፣ እና የአጠቃቀም የሙቀት መጠኑ 1500 ℃ ነው፣ እና ከ1500 ሰዓታት በኋላ በግራፋይት መመሪያ ሲሊንደር ወለል ላይ ምንም ስንጥቅ እና የሚወድቅ ዱቄት እንደሌለ ተረጋግጧል።

1.3 በኢንሱሌሽን ሲሊንደር ውስጥ የመተግበር እና የምርምር እድገት

የሞኖክሪስታሊን ሲሊኮን የሙቀት መስክ ስርዓት ቁልፍ ክፍሎች አንዱ እንደመሆኑ መጠን የኢንሱሌሽን ሲሊንደር በዋናነት የሙቀት መቀነስን ለመቀነስ እና የሙቀት መስክ አካባቢን የሙቀት መጠን ለመቆጣጠር ያገለግላል። የነጠላ ክሪስታል እቶን ውስጣዊ ግድግዳ መከላከያ ንብርብር ደጋፊ አካል እንደመሆኑ መጠን የሲሊኮን ትነት ዝገት ወደ ምርቱ የዝገት መውደቅ እና መሰንጠቅ ያስከትላል፣ ይህም በመጨረሻ ወደ ምርት ውድቀት ይመራል።

የC/C-sic ኮምፖዚት ኢንሱሌሽን ቱቦ የሲሊኮን ትነት ዝገት መቋቋምን የበለጠ ለማሳደግ ተመራማሪዎቹ የተዘጋጁትን የC/C-sic ኮምፖዚት ኢንሱሌሽን ቱቦ ምርቶችን በኬሚካል ትነት ምላሽ ምድጃ ውስጥ አስገብተው በኬሚካል ትነት ክምችት ሂደት በC/C-sic ኮምፖዚት ኢንሱሌሽን ቱቦ ምርቶች ላይ ጥቅጥቅ ያለ የሲሊኮን ካርቦይድ ሽፋን አዘጋጅተዋል። ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት ሂደቱ በሲሊኮን ትነት በሲ/ሲ-ሲክ ኮምፖዚት እምብርት ላይ የካርቦን ፋይበር ዝገት ውጤታማ በሆነ መንገድ ሊገታ ይችላል፣ እና የሲሊኮን ትነት የዝገት መቋቋም ከካርቦን/ካርቦን ኮምፖዚት ጋር ሲነጻጸር በ5 እስከ 10 እጥፍ ይጨምራል፣ እና የኢንሱሌሽን ሲሊንደር የአገልግሎት ዘመን እና የሙቀት መስክ አካባቢ ደህንነት በእጅጉ ተሻሽሏል።

2. መደምደሚያ እና ተስፋ

የሲሊኮን ካርቦይድ ሽፋንበከፍተኛ ሙቀት ውስጥ እጅግ በጣም ጥሩ የኦክሳይድ መቋቋም ስላለው በካርቦን/ካርቦን የሙቀት መስክ ቁሳቁሶች ውስጥ በስፋት ጥቅም ላይ ይውላል። በሞኖክሪስታሊን ሲሊከን ምርት ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውሉት የካርቦን/ካርቦን የሙቀት መስክ ቁሳቁሶች መጠን እየጨመረ በመምጣቱ፣ በሙቀት መስክ ቁሳቁሶች ወለል ላይ የሲሊኮን ካርቦይድ ሽፋን ወጥነት እንዴት ማሻሻል እንደሚቻል እና የካርቦን/ካርቦን የሙቀት መስክ ቁሳቁሶችን የአገልግሎት ዘመን እንዴት ማሻሻል እንደሚቻል መፍታት ያለበት አጣዳፊ ችግር ሆኗል።

በሌላ በኩል ደግሞ፣ የሞኖክሪስታሊን ሲሊከን ኢንዱስትሪ እድገት ጋር፣ ከፍተኛ ንፁህ የካርቦን/ካርቦን የሙቀት መስክ ቁሳቁሶች ፍላጎትም እየጨመረ ሲሆን፣ የሲሲ ናኖፋይበርስ በምላሹ ወቅት በውስጥ የካርቦን ፋይበር ላይም ይበቅላሉ። በሙከራዎች የተዘጋጁት የC/C-ZRC እና የC/C-sic ZrC ውህዶች የጅምላ አቢሌሽን እና መስመራዊ አቢሌሽን መጠኖች በቅደም ተከተል -0.32 mg/s እና 2.57 μm/s ናቸው። የC/C-sic-ZrC ውህዶች የጅምላ እና የመስመር አቢሌሽን መጠኖች በቅደም ተከተል -0.24mg/s እና 1.66 μm/s ናቸው። የSiC ናኖፋይበርስ ያላቸው የC/C-ZRC ውህዶች የተሻሉ የአቢሌሽን ባህሪያት አሏቸው። በኋላ፣ የተለያዩ የካርቦን ምንጮች በSiC ናኖፋይበር እድገት እና የC/C-ZRC ውህዶችን የአቢሌሽን ባህሪያት የሚያጠናክሩት የSiC ናኖፋይበርስ ዘዴ ላይ ያላቸው ተጽእኖ ጥናት ይደረጋል።

የተቀናጀ ሽፋን የካርቦን/ካርቦን ኮምፖዚት ክሩሲብል የተዘጋጀው በኬሚካል ትነት ፐርሜሽን ሂደት እና በቦታው ውስጥ ባለው ምላሽ ነው። የተቀናጀ ሽፋን ከሲሊኮን ካርቦይድ ሽፋን (100~300μm)፣ ከሲሊኮን ሽፋን (10~20μm) እና ከሲሊኮን ናይትሬድ ሽፋን (50~100μm) ሲሆን ይህም በካርቦን/ካርቦን ኮምፖዚት ክሩሲብል ውስጣዊ ገጽ ላይ የሲሊኮን ትነት ዝገትን ውጤታማ በሆነ መንገድ ሊገታ ይችላል። በምርት ሂደት ውስጥ፣ የተቀናበረ ሽፋን ያለው የካርቦን/ካርቦን ኮምፖዚት ክሩሲብል መጥፋት በአንድ ምድጃ 0.04 ሚሜ ሲሆን የአገልግሎት ዘመኑ ደግሞ 180 የእቶን ጊዜ ሊደርስ ይችላል።