1 Aplicació i progrés de la recerca del recobriment de carbur de silici en materials de camp tèrmic de carboni/carboni
1.1 Aplicació i progrés de la recerca en la preparació de gresols
En el camp tèrmic de monocristall, elgresol de carboni/carbonis'utilitza principalment com a recipient de transport per a material de silici i està en contacte amb elgresol de quars, com es mostra a la Figura 2. La temperatura de treball del gresol de carboni/carboni és d'uns 1450 ℃, que està sotmesa a la doble erosió del silici sòlid (diòxid de silici) i del vapor de silici, i finalment el gresol es torna prim o té una esquerda anular, provocant la fallada del gresol.
Es va preparar un gresol compost de carboni/carboni amb recobriment compost mitjançant un procés de permeació de vapor químic i una reacció in situ. El recobriment compost estava compost per un recobriment de carbur de silici (100~300 μm), un recobriment de silici (10~20 μm) i un recobriment de nitrur de silici (50~100 μm), que podia inhibir eficaçment la corrosió del vapor de silici a la superfície interior del gresol compost de carboni/carboni. En el procés de producció, la pèrdua del gresol compost de carboni/carboni amb recobriment compost és de 0,04 mm per forn, i la vida útil pot arribar als 180 temps de forn.
Els investigadors van utilitzar un mètode de reacció química per generar un recobriment uniforme de carbur de silici a la superfície del gresol compost de carboni/carboni sota certes condicions de temperatura i la protecció del gas portador, utilitzant diòxid de silici i silici metall com a matèries primeres en un forn de sinterització d'alta temperatura. Els resultats mostren que el tractament d'alta temperatura no només millora la puresa i la resistència del recobriment sic, sinó que també millora considerablement la resistència al desgast de la superfície del compost de carboni/carboni i evita la corrosió de la superfície del gresol pel vapor de SiO2 i els àtoms d'oxigen volàtils al forn de silici monocristall. La vida útil del gresol augmenta un 20% en comparació amb la del gresol sense recobriment sic.
1.2 Aplicació i progrés de la recerca en tubs guia de flux
El cilindre guia es troba a sobre del gresol (com es mostra a la Figura 1). En el procés d'extracció del cristall, la diferència de temperatura entre l'interior i l'exterior del camp és gran, especialment la superfície inferior és la més propera al material de silici fos, la temperatura és la més alta i la corrosió per vapor de silici és la més greu.
Els investigadors van inventar un procés senzill i una bona resistència a l'oxidació del recobriment antioxidant i mètode de preparació del tub guia. Primer, es va fer créixer in situ una capa de bigotis de carbur de silici sobre la matriu del tub guia i, a continuació, es va preparar una capa exterior densa de carbur de silici, de manera que es va formar una capa de transició de SiCw entre la matriu i la capa superficial densa de carbur de silici, tal com es mostra a la Figura 3. El coeficient d'expansió tèrmica es trobava entre la matriu i el carbur de silici. Pot reduir eficaçment l'estrès tèrmic causat per la discrepància del coeficient d'expansió tèrmica.
L'anàlisi mostra que amb l'augment del contingut de SiCw, la mida i el nombre d'esquerdes al recobriment disminueixen. Després de 10 h d'oxidació en aire a 1100 ℃, la taxa de pèrdua de pes de la mostra de recobriment és només del 0,87% ~ 8,87%, i la resistència a l'oxidació i la resistència al xoc tèrmic del recobriment de carbur de silici milloren considerablement. Tot el procés de preparació es completa contínuament mitjançant la deposició química de vapor, la preparació del recobriment de carbur de silici es simplifica considerablement i es reforça el rendiment integral de tota la boquilla.
Els investigadors van proposar un mètode d'enfortiment de la matriu i recobriment superficial del tub guia de grafit per al silici monocristall Czohr. La suspensió de carbur de silici obtinguda es va recobrir uniformement a la superfície del tub guia de grafit amb un gruix de recobriment de 30~50 μm mitjançant el mètode de recobriment amb raspall o recobriment per polvorització, i després es va col·locar en un forn d'alta temperatura per a la reacció in situ, la temperatura de reacció va ser de 1850~2300 ℃ i la conservació de la calor va ser de 2~6 h. La capa exterior de SiC es pot utilitzar en un forn de creixement de monocristall de 24 polzades (60,96 cm), i la temperatura d'ús és de 1500 ℃, i es va observar que no hi ha esquerdes ni caiguda de pols a la superfície del cilindre guia de grafit després de 1500 h.
1.3 Aplicació i progrés de la recerca en cilindres d'aïllament
Com a un dels components clau del sistema de camp tèrmic de silici monocristal·lí, el cilindre d'aïllament s'utilitza principalment per reduir la pèrdua de calor i controlar el gradient de temperatura de l'entorn del camp tèrmic. Com a part de suport de la capa d'aïllament de la paret interior del forn de monocristall, la corrosió del vapor de silici provoca la caiguda d'escòria i l'esquerdament del producte, cosa que finalment condueix a la fallada del producte.
Per tal de millorar encara més la resistència a la corrosió del vapor de silici del tub d'aïllament compost C/C-sic, els investigadors van introduir els productes de tubs d'aïllament compost C/C-sic preparats al forn de reacció de vapor químic i van preparar un recobriment dens de carbur de silici a la superfície dels productes de tubs d'aïllament compost C/C-sic mitjançant el procés de deposició química de vapor. Els resultats mostren que el procés pot inhibir eficaçment la corrosió de la fibra de carboni al nucli del compost C/C-sic pel vapor de silici, i la resistència a la corrosió del vapor de silici augmenta de 5 a 10 vegades en comparació amb el compost carboni/carboni, i la vida útil del cilindre d'aïllament i la seguretat de l'entorn del camp tèrmic milloren considerablement.
2. Conclusió i perspectiva
Recobriment de carbur de silicis'utilitza cada cop més en materials de camp tèrmic de carboni/carboni a causa de la seva excel·lent resistència a l'oxidació a altes temperatures. Amb la creixent mida dels materials de camp tèrmic de carboni/carboni utilitzats en la producció de silici monocristal·lí, la manera de millorar la uniformitat del recobriment de carbur de silici a la superfície dels materials de camp tèrmic i millorar la vida útil dels materials de camp tèrmic de carboni/carboni s'ha convertit en un problema urgent que cal resoldre.
D'altra banda, amb el desenvolupament de la indústria del silici monocristal·lí, la demanda de materials de camp tèrmic de carboni/carboni d'alta puresa també està augmentant, i les nanofibres de SiC també es fan créixer sobre les fibres de carboni internes durant la reacció. Les taxes d'ablació de massa i ablació lineal dels compostos C/C-ZRC i C/C-sic ZrC preparats mitjançant experiments són de -0,32 mg/s i 2,57 μm/s, respectivament. Les taxes d'ablació de massa i lineal dels compostos C/C-sic -ZrC són de -0,24 mg/s i 1,66 μm/s, respectivament. Els compostos C/C-ZRC amb nanofibres de SiC tenen millors propietats ablatives. Més endavant, s'estudiaran els efectes de diferents fonts de carboni sobre el creixement de nanofibres de SiC i el mecanisme de les nanofibres de SiC que reforcen les propietats ablatives dels compostos C/C-ZRC.
Es va preparar un gresol compost de carboni/carboni amb recobriment compost mitjançant un procés de permeació de vapor químic i una reacció in situ. El recobriment compost estava compost per un recobriment de carbur de silici (100~300 μm), un recobriment de silici (10~20 μm) i un recobriment de nitrur de silici (50~100 μm), que podia inhibir eficaçment la corrosió del vapor de silici a la superfície interior del gresol compost de carboni/carboni. En el procés de producció, la pèrdua del gresol compost de carboni/carboni amb recobriment compost és de 0,04 mm per forn, i la vida útil pot arribar als 180 temps de forn.
Data de publicació: 22 de febrer de 2024