1. Прымяненне і прагрэс даследаванняў пакрыццяў з карбіду крэмнію ў вуглярод/вугляродных матэрыялах для тэрмічнага поля
1.1 Прымяненне і прагрэс даследаванняў у падрыхтоўцы тыгля
У цеплавым полі монакрышталя,вуглярод/вугляродны тыгельу асноўным выкарыстоўваецца ў якасці ёмістасці для пераноскі крэмніевага матэрыялу і кантактуе зкварцавы тыгель, як паказана на малюнку 2. Працоўная тэмпература вуглярод/вугляроднага тыгля складае каля 1450℃, пры гэтым тыгель падвяргаецца падвойнай эрозіі цвёрдага крэмнію (дыяксіду крэмнію) і пароў крэмнію, і, у рэшце рэшт, тыгель становіцца тонкім або мае кальцавую расколіну, што прыводзіць да яго разбурэння.
Кампазітнае пакрыццё для вуглярод/вугляроднага тыгля было падрыхтавана метадам хімічнага парапранікальнага працэсу і рэакцыі in situ. Кампазітнае пакрыццё складалася з пакрыцця з карбіду крэмнію (100~300 мкм), пакрыцця з крэмнію (10~20 мкм) і пакрыцця з нітрыду крэмнію (50~100 мкм), якія маглі эфектыўна стрымліваць карозію ад пароў крэмнію на ўнутранай паверхні вуглярод/вугляроднага тыгля. У працэсе вытворчасці страты пакрыцця вуглярод/вугляроднага тыгля складалі 0,04 мм на печ, а тэрмін службы мог дасягаць 180 цыклаў.
Даследчыкі выкарысталі метад хімічнай рэакцыі для стварэння аднастайнага пакрыцця з карбіду крэмнію на паверхні тыгля з вуглярод/вугляроднага кампазіта пры пэўных тэмпературных умовах і абароне газу-носьбіта, выкарыстоўваючы дыяксід крэмнію і металічны крэмній у якасці сыравіны ў высокатэмпературнай печы для спякання. Вынікі паказваюць, што высокатэмпературная апрацоўка не толькі паляпшае чысціню і трываласць пакрыцця Sic, але і значна паляпшае зносаўстойлівасць паверхні вуглярод/вугляроднага кампазіта і прадухіляе карозію паверхні тыгля парамі SiO2 і лятучымі атамамі кіслароду ў печы для монакрышталічнага крэмнію. Тэрмін службы тыгля павялічваецца на 20% у параўнанні з тыглям без пакрыцця Sic.
1.2 Прымяненне і прагрэс даследаванняў у галіне накіроўвальнай трубкі
Накіроўвальны цыліндр размешчаны над тыглям (як паказана на малюнку 1). У працэсе выцягвання крышталя розніца тэмператур паміж унутранай і звонку поля вялікая, асабліва ніжняя паверхня знаходзіцца бліжэй за ўсё да расплаўленага крэмніевага матэрыялу, тэмпература там самая высокая, і карозія ад пара крэмнію найбольш сур'ёзная.
Даследчыкі вынайшлі просты працэс і добрую ўстойлівасць да акіслення антыакісляльнага пакрыцця накіроўвальнай трубкі, а таксама метад яго падрыхтоўкі. Спачатку на матрыцы накіроўвальнай трубкі быў вырашчаны пласт вусікаў карбіду крэмнію, а затым быў падрыхтаваны шчыльны вонкавы пласт карбіду крэмнію, такім чынам, паміж матрыцай і шчыльным павярхоўным пластом карбіду крэмнію ўтварыўся пераходны пласт SiCw, як паказана на малюнку 3. Каэфіцыент цеплавога пашырэння знаходзіўся паміж матрыцай і карбідам крэмнію. Гэта дазваляе эфектыўна знізіць цеплавое напружанне, выкліканае неадпаведнасцю каэфіцыентаў цеплавога пашырэння.
Аналіз паказвае, што з павелічэннем утрымання SiCw памер і колькасць расколін у пакрыцці памяншаюцца. Пасля 10 гадзін акіслення на паветры пры тэмпературы 1100 ℃ хуткасць страты вагі ўзору пакрыцця складае ўсяго 0,87%~8,87%, а ўстойлівасць да акіслення і цеплавой устойлівасць пакрыцця з карбіду крэмнію значна паляпшаюцца. Увесь працэс падрыхтоўкі выконваецца бесперапынна шляхам хімічнага асаджэння з паравой фазы, што значна спрашчае падрыхтоўку пакрыцця з карбіду крэмнію і паляпшае комплексныя характарыстыкі ўсёй фарсункі.
Даследчыкі прапанавалі метад умацавання матрыцы і павярхоўнага пакрыцця графітавай накіроўвальнай трубкі для монакрышталічнага крэмнію Czohr. Атрыманая суспензія карбіду крэмнію была раўнамерна нанесена на паверхню графітавай накіроўвальнай трубкі з таўшчынёй пакрыцця 30~50 мкм метадам нанясення пэндзлем або распыленнем, а затым змешчана ў высокатэмпературную печ для рэакцыі in situ, пры тэмпературы рэакцыі 1850~2300 ℃, а вытрымка цяпла — 2~6 гадзін. Вонкавы пласт SiC можа быць выкарыстаны ў печы для росту монакрышталяў дыяметрам 24 цалі (60,96 см), пры тэмпературы выкарыстання 1500 ℃, і было выяўлена, што пасля 1500 гадзін на паверхні графітавай накіроўвальнай трубкі не было расколін і выпадзення парашка.
1.3 Прымяненне і прагрэс даследаванняў у галіне ізаляцыйных цыліндраў
Ізаляцыйны цыліндр, як адзін з ключавых кампанентаў монакрышталічнай крэмніевай сістэмы цеплавога поля, у асноўным выкарыстоўваецца для зніжэння цепластрат і кантролю градыенту тэмпературы асяроддзя цеплавога поля. Як апорная частка ўнутранай сценкі ізаляцыйнага пласта монакрышталічнай печы, карозія пароў крэмнію прыводзіць да выпадзення шлаку і расколін прадукту, што ў канчатковым выніку прыводзіць да яго разбурэння.
Каб яшчэ больш павысіць устойлівасць ізаляцыйных труб з кампазіта C/C-sic да карозіі парамі крэмнію, даследчыкі змясцілі падрыхтаваныя вырабы з кампазіта C/C-sic для ізаляцыйных труб у печ для хімічнай рэакцыі з парай і падрыхтавалі шчыльнае пакрыццё з карбіду крэмнію на паверхні вырабаў з кампазіта C/C-sic шляхам працэсу хімічнага асаджэння з паравой фазы. Вынікі паказваюць, што гэты працэс можа эфектыўна стрымліваць карозію вугляроднага валакна на асяродку кампазіта C/C-sic парамі крэмнію, прычым устойлівасць да карозіі пароў крэмнію павялічваецца ў 5-10 разоў у параўнанні з вуглярод/вугляродным кампазітам, а таксама значна паляпшаецца тэрмін службы ізаляцыйнага цыліндру і бяспека ў цеплавым полі.
2. Выснова і перспектывы
Пакрыццё з карбіду крэмніюУсё часцей выкарыстоўваецца ў вуглярод/вугляродных цеплаізаляцыйных матэрыялах дзякуючы сваёй выдатнай устойлівасці да акіслення пры высокай тэмпературы. З павелічэннем памераў вуглярод/вугляродных цеплаізаляцыйных матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца ў вытворчасці монакрышталічнага крэмнію, паляпшэнне аднастайнасці пакрыцця з карбіду крэмнію на паверхні цеплаізаляцыйных матэрыялаў і падаўжэнне тэрміну службы вуглярод/вугляродных цеплаізаляцыйных матэрыялаў стала актуальнай праблемай.
З іншага боку, з развіццём монакрышталічнай крэмніевай прамысловасці таксама расце попыт на высакаякасныя вуглярод/вугляродныя цеплавыя матэрыялы, і падчас рэакцыі на ўнутраных вугляродных валокнах таксама вырошчваюцца нанавалакна SiC. Хуткасці масавай і лінейнай абляцыі кампазітаў C/C-ZRC і C/C-sic ZrC, атрыманых эксперыментальна, складаюць -0,32 мг/с і 2,57 мкм/с адпаведна. Хуткасці масавай і лінейнай абляцыі кампазітаў C/C-sic-ZrC складаюць -0,24 мг/с і 1,66 мкм/с адпаведна. Кампазіты C/C-ZRC з нанавалакнамі SiC маюць лепшыя абляцыйныя ўласцівасці. Пазней будзе вывучаны ўплыў розных крыніц вугляроду на рост нанавалакноў SiC і механізм узмацнення нанавалакнамі SiC абляцыйных уласцівасцей кампазітаў C/C-ZRC.
Кампазітнае пакрыццё для вуглярод/вугляроднага тыгля было падрыхтавана метадам хімічнага парапранікальнага працэсу і рэакцыі in situ. Кампазітнае пакрыццё складалася з пакрыцця з карбіду крэмнію (100~300 мкм), пакрыцця з крэмнію (10~20 мкм) і пакрыцця з нітрыду крэмнію (50~100 мкм), якія маглі эфектыўна стрымліваць карозію ад пароў крэмнію на ўнутранай паверхні вуглярод/вугляроднага тыгля. У працэсе вытворчасці страты пакрыцця вуглярод/вугляроднага тыгля складалі 0,04 мм на печ, а тэрмін службы мог дасягаць 180 цыклаў.
Час публікацыі: 22 лютага 2024 г.