1 Primjena i napredak istraživanja silicijum-karbidnih premaza u ugljenik/ugljik termičkim poljskim materijalima
1.1 Primjena i napredak istraživanja u pripremi lončića
U termičkom polju monokristala,ugljik/ugljik lončićse uglavnom koristi kao posuda za nošenje silicijumskog materijala i u kontaktu je sakvarcni lončić, kao što je prikazano na slici 2. Radna temperatura lončića ugljik/ugljik je oko 1450℃, koji je izložen dvostrukoj eroziji čvrstog silicija (silicijum dioksida) i silicijumske pare, te na kraju lončić postaje tanak ili ima prstenastu pukotinu, što rezultira kvarom lončića.
Kompozitni premaz od ugljik/ugljik kompozitnog lončića pripremljen je postupkom hemijske permeacije pare i in-situ reakcijom. Kompozitni premaz sastojao se od premaza silicijum karbida (100~300μm), silikonskog premaza (10~20μm) i premaza silicijum nitrida (50~100μm), koji je mogao efikasno spriječiti koroziju silicijumske pare na unutrašnjoj površini ugljik/ugljik kompozitnog lončića. Tokom proizvodnog procesa, gubitak kompozitnog premaza od ugljik/ugljik kompozitnog lončića iznosi 0,04 mm po peći, a vijek trajanja može doseći 180 peći.
Istraživači su koristili metodu hemijske reakcije kako bi stvorili ujednačen premaz silicijum karbida na površini lončića od ugljik/ugljik kompozita pod određenim temperaturnim uslovima i zaštitom gasa nosača, koristeći silicijum dioksid i metalni silicijum kao sirovine u peći za sinterovanje na visokim temperaturama. Rezultati pokazuju da tretman na visokim temperaturama ne samo da poboljšava čistoću i čvrstoću silic premaza, već i značajno poboljšava otpornost na habanje površine ugljik/ugljik kompozita i sprečava koroziju površine lončića parama SiO2 i isparljivim atomima kiseonika u peći od monokristalnog silicijuma. Vijek trajanja lončića je povećan za 20% u poređenju sa lončićem bez silic premaza.
1.2 Primjena i napredak istraživanja cijevi za vođenje protoka
Vodeći cilindar se nalazi iznad lončića (kao što je prikazano na slici 1). U procesu izvlačenja kristala, temperaturna razlika između unutrašnjeg i vanjskog polja je velika, posebno donja površina je najbliža rastopljenom silicijumskom materijalu, temperatura je najviša, a korozija silicijumskim parama je najozbiljnija.
Istraživači su izumili jednostavan proces i dobru otpornost na oksidaciju antioksidacijskog premaza i metodu pripreme vodeće cijevi. Prvo je sloj silicijum karbidnih vlakana uzgojen in situ na matrici vodeće cijevi, a zatim je pripremljen gusti vanjski sloj silicijum karbida, tako da je formiran SiCw prelazni sloj između matrice i gustog površinskog sloja silicijum karbida, kao što je prikazano na slici 3. Koeficijent termičkog širenja bio je između matrice i silicijum karbida. To može efikasno smanjiti termički napon uzrokovan neusklađenošću koeficijenta termičkog širenja.
Analiza pokazuje da se s povećanjem sadržaja SiCw smanjuje veličina i broj pukotina u premazu. Nakon 10 sati oksidacije na zraku temperature 1100 ℃, stopa gubitka težine uzorka premaza iznosi samo 0,87% do 8,87%, a otpornost na oksidaciju i otpornost na termički udar silicijum-karbidnog premaza su znatno poboljšane. Cijeli proces pripreme se kontinuirano završava hemijskim taloženjem iz pare, priprema silicijum-karbidnog premaza je znatno pojednostavljena, a sveobuhvatne performanse cijele mlaznice su poboljšane.
Istraživači su predložili metodu ojačavanja matrice i površinskog premaza grafitne vodeće cijevi za czohr monokristalni silicijum. Dobivena suspenzija silicijum karbida je ravnomjerno nanesena na površinu grafitne vodeće cijevi debljinom premaza od 30~50 μm metodom premazivanja četkom ili prskanjem, a zatim je stavljena u visokotemperaturnu peć za in-situ reakciju. Temperatura reakcije je bila 1850~2300 ℃, a održavanje toplote 2~6 sati. Vanjski sloj SiC može se koristiti u peći za rast monokristala od 24 inča (60,96 cm), a temperatura upotrebe je 1500 ℃, te je utvrđeno da nema pucanja i otpadanja praha na površini grafitnog vodećeg cilindra nakon 1500 sati.
1.3 Primjena i napredak istraživanja izolacijskog cilindra
Kao jedna od ključnih komponenti monokristalnog silicijevog termalnog polja, izolacijski cilindar se uglavnom koristi za smanjenje gubitka toplote i kontrolu temperaturnog gradijenta okruženja termalnog polja. Kao noseći dio unutrašnjeg zida izolacijskog sloja monokristalne peći, korozija silicijumskim parama dovodi do otpadanja troske i pucanja proizvoda, što na kraju dovodi do kvara proizvoda.
Kako bi dodatno poboljšali otpornost izolacijske cijevi od C/C-sic kompozita na koroziju izazvanu silicijumskim parama, istraživači su pripremljene C/C-sic kompozitne izolacijske cijevi stavili u peć za hemijsku reakciju iz pare i nanijeli gusti premaz silicijum karbida na površinu C/C-sic kompozitnih izolacijskih cijevi postupkom hemijskog taloženja iz pare. Rezultati pokazuju da postupak može efikasno spriječiti koroziju ugljičnih vlakana na jezgru C/C-sic kompozita izazvanu silicijumskim parama, a otpornost na koroziju silicijumskih para se povećava 5 do 10 puta u poređenju sa ugljik/ugljičnim kompozitom, a vijek trajanja izolacijske cilindra i sigurnost termalnog polja su znatno poboljšani.
2. Zaključak i perspektive
Premaz od silicijum karbidaSve se više koristi u termičkim poljskim materijalima na bazi ugljika/ugljika zbog svoje odlične otpornosti na oksidaciju na visokim temperaturama. S povećanjem veličine termičkim poljskih materijala na bazi ugljika/ugljika koji se koriste u proizvodnji monokristalnog silicija, hitan problem koji treba riješiti postao je način poboljšanja ujednačenosti premaza silicijum-karbida na površini termičkim poljskih materijala i produženja vijeka trajanja termičkim poljskih materijala na bazi ugljika/ugljika.
S druge strane, s razvojem industrije monokristalnog silicija, raste i potražnja za visokočistim materijalima ugljik/ugljik za termičko polje, a SiC nanovlakna se također uzgajaju na unutrašnjim ugljičnim vlaknima tokom reakcije. Brzine masene ablacije i linearne ablacije C/C-ZRC i C/C-sic ZrC kompozita pripremljenih eksperimentima iznose -0,32 mg/s i 2,57 μm/s, respektivno. Brzine masene i linijske ablacije C/C-sic-ZrC kompozita iznose -0,24 mg/s i 1,66 μm/s, respektivno. C/C-ZRC kompoziti sa SiC nanovlaknima imaju bolja ablativna svojstva. Kasnije će se proučavati efekti različitih izvora ugljika na rast SiC nanovlakana i mehanizam SiC nanovlakana koji pojačavaju ablativna svojstva C/C-ZRC kompozita.
Kompozitni premaz od ugljik/ugljik kompozitnog lončića pripremljen je postupkom hemijske permeacije pare i in-situ reakcijom. Kompozitni premaz sastojao se od premaza silicijum karbida (100~300μm), silikonskog premaza (10~20μm) i premaza silicijum nitrida (50~100μm), koji je mogao efikasno spriječiti koroziju silicijumske pare na unutrašnjoj površini ugljik/ugljik kompozitnog lončića. Tokom proizvodnog procesa, gubitak kompozitnog premaza od ugljik/ugljik kompozitnog lončića iznosi 0,04 mm po peći, a vijek trajanja može doseći 180 peći.
Vrijeme objave: 22. februar 2024.