1 Karbon/karbon termal sahə materiallarında silisium karbid örtüyünün tətbiqi və tədqiqat tərəqqisi
1.1 Tiqlin hazırlanmasında tətbiq və tədqiqatın gedişi
Təkkristal istilik sahəsində,karbon/karbon potaəsasən silisium materialı üçün daşıyıcı qab kimi istifadə olunur və ilə təmasda olurkvars pota, Şəkil 2-də göstərildiyi kimi. Karbon/karbon tigesinin işləmə temperaturu təqribən 1450℃-dir, bu, bərk silikonun (silisium dioksid) və silikon buxarının ikiqat aşınmasına məruz qalır və nəhayət, tigel nazikləşir və ya halqa çatına malikdir, nəticədə tigel sıradan çıxır.
Kimyəvi buxar keçirmə prosesi və in-situ reaksiyası ilə kompozit örtüklü karbon/karbon kompozit tige hazırlanmışdır. Kompozit örtük silisium karbid örtüyündən (100~300μm), silikon örtükdən (10~20μm) və silikon nitrid örtüyündən (50~100μm) ibarət idi ki, bu da karbon/karbon kompozit potasının daxili səthində silikon buxarının korroziyasını effektiv şəkildə maneə törədə bilər. İstehsal prosesində, kompozit örtüklü karbon/karbon kompozit pota itkisi hər bir soba üçün 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 və daşıyıcı qazın mühafizəsi altında karbon/karbon kompozit tigesinin səthində vahid silisium karbid örtüyü yaratmaq üçün kimyəvi reaksiya metodundan istifadə ediblər. Nəticələr göstərir ki, yüksək temperaturda emal yalnız sic örtüyünün saflığını və möhkəmliyini yaxşılaşdırmaqla yanaşı, karbon/karbon kompozitinin səthinin aşınmaya davamlılığını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır və monokristal silikon sobasında SiO buxarı və uçucu oksigen atomları ilə tige səthinin korroziyasının qarşısını alır. Tigelin xidmət müddəti sic örtüyü olmayan tige ilə müqayisədə 20% artır.
1.2 Axın bələdçi borusunda tətbiq və tədqiqatın gedişi
Bələdçi silindr tigenin üstündə yerləşir (Şəkil 1-də göstərildiyi kimi). Kristal çəkmə prosesində sahənin daxilində və xaricində temperatur fərqi böyükdür, xüsusilə alt səth ərimiş silikon materialına ən yaxındır, temperatur ən yüksəkdir və silikon buxarının korroziyası ən ciddidir.
Tədqiqatçılar bələdçi boru antioksidləşmə örtüyü və hazırlanması metodunun sadə prosesi və yaxşı oksidləşmə müqavimətini icad etdilər. Əvvəlcə istiqamətləndirici borunun matrisində silisium karbid bığ təbəqəsi in-situ yetişdirilmiş, sonra isə sıx silisium karbid xarici təbəqəsi hazırlanmışdır ki, Şəkil 3-də göstərildiyi kimi matrislə sıx silisium karbid səth təbəqəsi arasında SiCw keçid təbəqəsi əmələ gəlmişdir. İstilik genişlənmə əmsalının uyğunsuzluğu nəticəsində yaranan 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 dərəcəsi yalnız 0,87% ~ 8,87% təşkil edir və silikon karbid örtüyünün oksidləşmə müqaviməti və termal şok müqaviməti çox yaxşılaşdırılır. Bütün hazırlıq prosesi kimyəvi buxarın çökməsi ilə davamlı olaraq tamamlanır, silisium karbid örtüyünün hazırlanması çox sadələşdirilir və bütün burunun hərtərəfli performansı gücləndirilir.
Tədqiqatçılar czohr monokristal silisium üçün qrafit bələdçi borusunun matrisin möhkəmləndirilməsi və səthinin örtülməsi üsulunu təklif etdilər. Alınan silisium karbid məhlulu, fırça örtüyü və ya sprey örtük üsulu ilə 30 ~ 50 μm örtük qalınlığı ilə qrafit bələdçi borusunun səthinə bərabər şəkildə örtülmüş və sonra yerində reaksiya üçün yüksək temperaturlu sobaya yerləşdirilmişdir, reaksiya temperaturu 1850 ~ 2300 ℃ idi və istilik 26 saat idi. SiC xarici təbəqəsi 24 inç (60,96 sm) tək kristal böyümə sobasında istifadə edilə bilər və istifadə temperaturu 1500 ℃-dir və 1500 saatdan sonra qrafit bələdçi silindrinin səthində çatlama və düşən tozun olmadığı aşkar edilmişdir.
1.3 İzolyasiya silindrinin tətbiqi və tədqiqat tərəqqisi
Monokristal silikon termal sahə sisteminin əsas komponentlərindən biri kimi, izolyasiya silindri əsasən istilik itkisini azaltmaq və istilik sahəsi mühitinin temperatur gradientini idarə etmək üçün istifadə olunur. Bir kristal sobanın daxili divar izolyasiya təbəqəsinin dəstəkləyici hissəsi kimi, silikon buxar korroziyası məhsulun şlakların düşməsinə və çatlamasına səbəb olur ki, bu da nəticədə məhsulun sıradan çıxmasına səbəb olur.
C/C-sic kompozit izolyasiya borusunun silikon buxarının korroziyaya davamlılığını daha da artırmaq üçün tədqiqatçılar hazırlanmış C/C-sic kompozit izolyasiya borusu məhsullarını kimyəvi buxar reaksiya sobasına qoydular və kimyəvi buxarlanma prosesi ilə C/C-sic kompozit izolyasiya borusu məhsullarının səthinə sıx silisium karbid örtüyü hazırladılar. Nəticələr göstərir ki, proses C/C-sic kompozitinin nüvəsindəki karbon lifinin silikon buxarı ilə korroziyasını effektiv şəkildə maneə törədə bilər və silikon buxarının korroziyaya qarşı müqaviməti karbon/karbon kompoziti ilə müqayisədə 5-10 dəfə artır və izolyasiya silindrinin xidmət müddəti və istilik sahəsinin təhlükəsizliyi çox yaxşılaşdırılmışdır.
2. Nəticə və perspektiv
Silikon karbid örtükyüksək temperaturda əla oksidləşmə müqavimətinə görə karbon/karbon termal sahə materiallarında getdikcə daha çox istifadə olunur. Monokristal silikon istehsalında istifadə olunan karbon / karbon istilik sahəsi materiallarının artan ölçüsü ilə, termal sahə materiallarının səthində silikon karbid örtüyünün vahidliyini necə yaxşılaşdırmaq və karbon / karbon istilik sahəsi materiallarının xidmət müddətini yaxşılaşdırmaq həll edilməli olan aktual problemə çevrildi.
Digər tərəfdən, monokristal silisium sənayesinin inkişafı ilə yüksək təmiz karbon/karbon istilik sahəsi materiallarına tələbat da artır və SiC nanolifləri də reaksiya zamanı daxili karbon liflərində yetişdirilir. Təcrübələrlə hazırlanmış C/ C-ZRC və C/ C-sic ZrC kompozitlərinin kütləvi ablasyon və xətti ablasiya dərəcələri müvafiq olaraq -0,32 mq/s və 2,57 μm/s təşkil edir. C/ C-sic -ZrC kompozitlərinin kütlə və xətt ablasyon dərəcələri müvafiq olaraq -0,24 mq/s və 1,66 μm/s təşkil edir. SiC nanolifləri olan C/C-ZRC kompozitləri daha yaxşı ablativ xüsusiyyətlərə malikdir. Daha sonra müxtəlif karbon mənbələrinin SiC nanoliflərinin böyüməsinə təsiri və C/C-ZRC kompozitlərinin ablativ xüsusiyyətlərini gücləndirən SiC nanoliflərinin mexanizmi öyrəniləcək.
Kimyəvi buxar keçirmə prosesi və in-situ reaksiyası ilə kompozit örtüklü karbon/karbon kompozit tige hazırlanmışdır. Kompozit örtük silisium karbid örtüyündən (100~300μm), silikon örtükdən (10~20μm) və silikon nitrid örtüyündən (50~100μm) ibarət idi ki, bu da karbon/karbon kompozit potasının daxili səthində silikon buxarının korroziyasını effektiv şəkildə maneə törədə bilər. İstehsal prosesində, kompozit örtüklü karbon/karbon kompozit pota itkisi hər bir soba üçün 0,04 mm-dir və xidmət müddəti 180 soba vaxtına çata bilər.
Göndərmə vaxtı: 22 fevral 2024-cü il