1 Karbon/karbon istilik sahə materiallarında silikon karbid örtüyünün tətbiqi və tədqiqat irəliləyişi
1.1 Çörək qabının hazırlanmasında tətbiq və tədqiqat irəliləyişi
Tək kristal istilik sahəsində,karbon/karbon çuxuruəsasən silikon material üçün daşıyıcı gəmi kimi istifadə olunur və onunla təmasda olurkvars çuxuruŞəkil 2-də göstərildiyi kimi. Karbon/karbon potanın işləmə temperaturu təxminən 1450℃-dir və bərk silikon (silikon dioksid) və silikon buxarının ikiqat aşınmasına məruz qalır və nəhayət, pot nazikləşir və ya halqa şəklində çatlayır, nəticədə potanın sıradan çıxmasına səbəb olur.
Kompozit örtüklü karbon/karbon kompozit potası kimyəvi buxar keçirmə prosesi və yerində reaksiya yolu ilə hazırlanmışdır. Kompozit örtük silikon karbid örtüyündən (100~300μm), silikon örtükdən (10~20μm) və silikon nitrid örtüyündən (50~100μm) ibarət idi ki, bu da karbon/karbon kompozit potanın daxili səthində silikon buxarının korroziyasını effektiv şəkildə maneə törədə bilər. İstehsal prosesində kompozit örtüklü karbon/karbon kompozit potanın itkisi hər sobada 0,04 mm-dir və xidmət müddəti 180 soba vaxtına çata bilər.
Tədqiqatçılar, yüksək temperaturlu sinterləmə sobasında xammal kimi silikon dioksid və silikon metaldan istifadə edərək, müəyyən temperatur şəraitində karbon/karbon kompozit çubuğunun səthində vahid silikon karbid örtüyü yaratmaq və daşıyıcı qazın qorunması üçün kimyəvi reaksiya metodundan istifadə etdilər. Nəticələr göstərir ki, yüksək temperaturlu emal yalnız silikon örtüyün saflığını və möhkəmliyini artırmaqla yanaşı, həm də karbon/karbon kompozitinin səthinin aşınma müqavimətini əhəmiyyətli dərəcədə artırır və monokristal silikon sobasında SiO2 buxarı və uçucu oksigen atomları tərəfindən çubuğun səthinin korroziyasının qarşısını alır. Çubuğun xidmət müddəti silikon örtüklü olmayan çubuğun xidmət müddəti ilə müqayisədə 20% artır.
1.2 Axın istiqamətləndirici boruda tətbiq və tədqiqat irəliləyişi
Bələdçi silindr potanın üstündə yerləşir (Şəkil 1-də göstərildiyi kimi). Kristalın dartılması prosesində sahənin içərisində və xaricində temperatur fərqi böyükdür, xüsusən də alt səth əridilmiş silikon materialına ən yaxındır, temperatur ən yüksəkdir və silikon buxarının korroziyası ən ciddidir.
Tədqiqatçılar bələdçi borunun antioksidləşmə örtüyü və hazırlama metodunun sadə bir prosesi və yaxşı oksidləşmə müqavimətini icad etdilər. Əvvəlcə bələdçi borunun matrisində bir təbəqə silikon karbid bığ yetişdirildi və sonra sıx bir silikon karbid xarici təbəqəsi hazırlandı ki, Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, matris ilə sıx silikon karbid səth təbəqəsi arasında SiCw keçid təbəqəsi əmələ gəlsin. İstilik genişlənmə əmsalı matris ilə silikon karbid arasında idi. Bu, istilik genişlənmə əmsalının uyğunsuzluğundan qaynaqlanan istilik gərginliyini effektiv şəkildə azalda bilər.
Təhlil göstərir ki, SiCw tərkibinin artması ilə örtükdəki çatların ölçüsü və sayı azalır. 1100 ℃ havada 10 saat oksidləşmədən sonra örtük nümunəsinin çəki itkisi nisbəti cəmi 0,87% ~ 8,87% təşkil edir və silikon karbid örtüyünün oksidləşmə müqaviməti və istilik şokuna davamlılığı xeyli yaxşılaşır. Bütün hazırlıq prosesi kimyəvi buxar çöküntüsü ilə davamlı olaraq tamamlanır, silikon karbid örtüyünün hazırlanması xeyli sadələşdirilir və bütün burunun hərtərəfli performansı artır.
Tədqiqatçılar Czohr monokristal silikonu üçün qrafit istiqamətləndirici borusunun matrix möhkəmləndirməsi və səth örtüyü üsulu təklif etdilər. Əldə edilən silikon karbid məhlulu fırça örtüyü və ya püskürtmə örtüyü üsulu ilə 30-50 μm örtük qalınlığında qrafit istiqamətləndirici borusunun səthinə bərabər şəkildə örtüldü və sonra yerində reaksiya üçün yüksək temperaturlu sobaya yerləşdirildi, reaksiya temperaturu 1850-2300 ℃, istilik qorunması isə 2-6 saat idi. SiC xarici təbəqəsi 24 düym (60.96 sm) tək kristal böyümə sobasında istifadə edilə bilər və istifadə temperaturu 1500 ℃-dir və 1500 saatdan sonra qrafit istiqamətləndirici silindrinin səthində çatlama və düşən toz olmadığı aşkar edildi.
1.3 İzolyasiya silindrində tətbiq və tədqiqat irəliləyişi
Monokristal silikon istilik sahəsi sisteminin əsas komponentlərindən biri olan izolyasiya silindri əsasən istilik itkisini azaltmaq və istilik sahəsi mühitinin temperatur qradiyentini idarə etmək üçün istifadə olunur. Təkkristal sobanın daxili divar izolyasiya təbəqəsinin dayaq hissəsi kimi, silikon buxar korroziyası şlakın düşməsinə və məhsulun çatlamasına səbəb olur ki, bu da nəticədə məhsulun sıradan çıxmasına səbəb olur.
C/C-sic kompozit izolyasiya borusunun silikon buxar korroziyaya davamlılığını daha da artırmaq üçün tədqiqatçılar hazırlanmış C/C-sic kompozit izolyasiya borusunu kimyəvi buxar reaksiya sobasına yerləşdirdilər və kimyəvi buxar çökdürmə prosesi ilə C/C-sic kompozit izolyasiya borusunun səthinə sıx silikon karbid örtüyü hazırladılar. Nəticələr göstərir ki, bu proses silikon buxarı ilə C/C-sic kompozitinin nüvəsindəki karbon lifinin korroziyasını effektiv şəkildə maneə törədə bilər və silikon buxarının korroziyaya davamlılığı karbon/karbon kompoziti ilə müqayisədə 5-10 dəfə artırılır və izolyasiya silindrinin xidmət müddəti və istilik sahəsi mühitinin təhlükəsizliyi xeyli yaxşılaşır.
2. Nəticə və perspektiv
Silikon karbid örtüyüYüksək temperaturda əla oksidləşmə müqavimətinə görə karbon/karbon istilik sahəsi materiallarında getdikcə daha geniş istifadə olunur. Monokristal silikon istehsalında istifadə olunan karbon/karbon istilik sahəsi materiallarının ölçüsünün artması ilə istilik sahəsi materiallarının səthində silikon karbid örtüyünün vahidliyini necə artırmaq və karbon/karbon istilik sahəsi materiallarının xidmət müddətini necə yaxşılaşdırmaq həll edilməli olan təcili bir problemə çevrilmişdir.
Digər tərəfdən, monokristal silikon sənayesinin inkişafı ilə yüksək təmizlikli karbon/karbon istilik sahə materiallarına tələbat da artır və reaksiya zamanı daxili karbon lifləri üzərində SiC nanolifləri də yetişdirilir. Təcrübələrlə hazırlanmış C/C-ZRC və C/C-sic ZrC kompozitlərinin kütlə ablasiyası və xətti ablasiyası sürətləri müvafiq olaraq -0,32 mq/s və 2,57 μm/s-dir. C/C-sic-ZrC kompozitlərinin kütlə və xətti ablasiyası sürətləri müvafiq olaraq -0,24 mq/s və 1,66 μm/s-dir. SiC nanolifləri olan C/C-ZRC kompozitləri daha yaxşı ablasyon xüsusiyyətlərinə malikdir. Daha sonra müxtəlif karbon mənbələrinin SiC nanoliflərinin böyüməsinə təsiri və SiC nanoliflərinin C/C-ZRC kompozitlərinin ablasyon xüsusiyyətlərini gücləndirmə mexanizmi öyrəniləcək.
Kompozit örtüklü karbon/karbon kompozit potası kimyəvi buxar keçirmə prosesi və yerində reaksiya yolu ilə hazırlanmışdır. Kompozit örtük silikon karbid örtüyündən (100~300μm), silikon örtükdən (10~20μm) və silikon nitrid örtüyündən (50~100μm) ibarət idi ki, bu da karbon/karbon kompozit potanın daxili səthində silikon buxarının korroziyasını effektiv şəkildə maneə törədə bilər. İstehsal prosesində kompozit örtüklü karbon/karbon kompozit potanın itkisi hər sobada 0,04 mm-dir və xidmət müddəti 180 soba vaxtına çata bilər.
Yayımlanma vaxtı: 22 Fevral 2024