1 Anvendelse og forskningsfremskridt for siliciumcarbidbelægning i kulstof/kulstof termiske feltmaterialer
1.1 Anvendelse og forskningsfremskridt inden for digelforberedelse
I det termiske felt med én krystal,kulstof/kulstofdigelbruges hovedsageligt som bærebeholder til siliciummateriale og er i kontakt medkvartsdigel, som vist i figur 2. Arbejdstemperaturen for kulstof/kulstofdigelen er omkring 1450 ℃, som udsættes for dobbelt erosion af fast silicium (siliciumdioxid) og siliciumdamp, og til sidst bliver diglen tynd eller har en ringrevne, hvilket resulterer i diglens svigt.
En kompositbelægning af kulstof/kulstof-kompositdigel blev fremstillet ved kemisk damppermeationsproces og in-situ-reaktion. Kompositbelægningen bestod af en siliciumcarbidbelægning (100~300 μm), en siliciumbelægning (10~20 μm) og en siliciumnitridbelægning (50~100 μm), som effektivt kunne hæmme korrosionen af siliciumdamp på den indre overflade af kulstof/kulstof-kompositdiglen. I produktionsprocessen er tabet af den kompositbelagte kulstof/kulstof-kompositdigel 0,04 mm pr. ovn, og levetiden kan nå op på 180 ovntider.
Forskerne brugte en kemisk reaktionsmetode til at generere en ensartet siliciumcarbidbelægning på overfladen af kulstof/kulstof-kompositdiglen under visse temperaturforhold og beskyttelse af bærergas ved hjælp af siliciumdioxid og siliciummetal som råmaterialer i en højtemperatursintringsovn. Resultaterne viser, at højtemperaturbehandlingen ikke kun forbedrer renheden og styrken af siliciumcarbidbelægningen, men også forbedrer slidstyrken på overfladen af kulstof/kulstof-kompositten betydeligt og forhindrer korrosion af diglens overflade fra SiO2-damp og flygtige iltatomer i den monokrystalsiliciumovn. Digelens levetid øges med 20 % sammenlignet med diglen uden siliciumcarbidbelægning.
1.2 Anvendelse og forskningsfremskridt inden for flowstyrerør
Styrecylinderen er placeret over diglen (som vist i figur 1). Under krystaludtrækning er temperaturforskellen mellem feltets inderside og yderside stor, især bundfladen er tættest på det smeltede siliciummateriale, temperaturen er den højeste, og korrosionen fra siliciumdamp er den mest alvorlige.
Forskerne opfandt en simpel proces og god oxidationsbestandighed til antioxidationsbelægningen og fremstillingsmetoden til styrerøret. Først blev et lag af siliciumcarbid-whisker in situ dyrket på styrerørets matrix, og derefter blev et tæt ydre lag af siliciumcarbid fremstillet, således at der blev dannet et SiCw-overgangslag mellem matrixen og det tætte overfladelag af siliciumcarbid, som vist i figur 3. Den termiske udvidelseskoefficient var mellem matrixen og siliciumcarbidet. Det kan effektivt reducere den termiske belastning forårsaget af uoverensstemmelsen mellem den termiske udvidelseskoefficient.
Analysen viser, at med stigende SiCw-indhold falder størrelsen og antallet af revner i belægningen. Efter 10 timers oxidation i 1100 ℃ luft er vægttabsraten for belægningsprøven kun 0,87%~8,87%, og oxidationsmodstanden og termisk chokmodstanden for siliciumcarbidbelægningen forbedres betydeligt. Hele fremstillingsprocessen udføres kontinuerligt ved kemisk dampaflejring, hvilket forenkler fremstillingen af siliciumcarbidbelægningen betydeligt, og den samlede ydeevne for hele dysen forbedres.
Forskerne foreslog en metode til matrixforstærkning og overfladebelægning af grafitstyrerør til czohr monokrystal silicium. Den opnåede siliciumcarbidopslæmning blev ensartet belagt på overfladen af grafitstyrerøret med en belægningstykkelse på 30~50 μm ved hjælp af børstebelægning eller sprøjtebelægning, og derefter placeret i en højtemperaturovn til in-situ-reaktion, reaktionstemperaturen var 1850~2300 ℃, og varmekonserveringen var 2~6 timer. Det ydre SiC-lag kan bruges i en 24 tommer (60,96 cm) enkeltkrystalvækstovn, og brugstemperaturen er 1500 ℃, og det er konstateret, at der ikke er revner og faldende pulver på overfladen af grafitstyrecylinderen efter 1500 timer.
1.3 Anvendelse og forskningsfremskridt inden for isoleringscylinder
Som en af nøglekomponenterne i det monokrystallinske silicium-termiske feltsystem bruges isoleringscylinderen primært til at reducere varmetab og kontrollere temperaturgradienten i det termiske feltmiljø. Som en støttende del af det indre vægisoleringslag i en enkeltkrystalovn fører siliciumdampkorrosion til slaggefald og revnedannelse i produktet, hvilket i sidste ende fører til produktfejl.
For yderligere at forbedre siliciumdampkorrosionsbestandigheden af C/C-sic kompositisoleringsrør, placerede forskerne de fremstillede C/C-sic kompositisoleringsrørprodukter i en kemisk dampreaktionsovn og fremstillede en tæt siliciumcarbidbelægning på overfladen af C/C-sic kompositisoleringsrørprodukterne ved hjælp af kemisk dampaflejringsproces. Resultaterne viser, at processen effektivt kan hæmme korrosionen af kulfiber på kernen af C/C-sic-kompositten forårsaget af siliciumdamp, og korrosionsbestandigheden af siliciumdamp øges 5 til 10 gange sammenlignet med kulstof/kulstof-komposit, og isoleringscylinderens levetid og sikkerheden i det termiske feltmiljø forbedres betydeligt.
2. Konklusion og fremtidsudsigter
Siliciumkarbidbelægninganvendes i stigende grad i kulstof/kulstof-termiske feltmaterialer på grund af dets fremragende oxidationsbestandighed ved høj temperatur. Med den stigende størrelse af kulstof/kulstof-termiske feltmaterialer, der anvendes i produktion af monokrystallinsk silicium, er det blevet et presserende problem at forbedre ensartetheden af siliciumcarbidbelægningen på overfladen af termiske feltmaterialer og forbedre levetiden for kulstof/kulstof-termiske feltmaterialer.
På den anden side stiger efterspørgslen efter højrente kulstof/kulstof-termiske feltmaterialer også med udviklingen af den monokrystallinske siliciumindustri, og SiC-nanofibre dyrkes også på de interne kulfibre under reaktionen. Masseablationshastighederne og de lineære ablationshastigheder for C/C-ZRC og C/C-sic ZrC-kompositter fremstillet ved eksperimenter er henholdsvis -0,32 mg/s og 2,57 μm/s. Masse- og linjeablationshastighederne for C/C-sic-ZrC-kompositter er henholdsvis -0,24 mg/s og 1,66 μm/s. C/C-ZRC-kompositterne med SiC-nanofibre har bedre ablative egenskaber. Senere vil virkningerne af forskellige kulstofkilder på væksten af SiC-nanofibre og mekanismen for SiC-nanofibres forstærkning af de ablative egenskaber ved C/C-ZRC-kompositter blive undersøgt.
En kompositbelægning af kulstof/kulstof-kompositdigel blev fremstillet ved kemisk damppermeationsproces og in-situ-reaktion. Kompositbelægningen bestod af en siliciumcarbidbelægning (100~300 μm), en siliciumbelægning (10~20 μm) og en siliciumnitridbelægning (50~100 μm), som effektivt kunne hæmme korrosionen af siliciumdamp på den indre overflade af kulstof/kulstof-kompositdiglen. I produktionsprocessen er tabet af den kompositbelagte kulstof/kulstof-kompositdigel 0,04 mm pr. ovn, og levetiden kan nå op på 180 ovntider.
Opslagstidspunkt: 22. feb. 2024