1 Karbono/karbono eremu termikoko materialetan silizio karburozko estalduraren aplikazioaren eta ikerketaren aurrerapena
1.1 Gurgola prestatzeko aplikazio eta ikerketa aurrerapenak
Kristal bakarreko eremu termikoan,karbono/karbonozko gurutzadurasiliziozko materiala garraiatzeko ontzi gisa erabiltzen da batez ere, eta kontaktuan dagokuartzozko gurutzadura, 2. irudian erakusten den bezala. Karbono/karbono gurutzaduraren lan-tenperatura 1450 ℃ ingurukoa da, eta silizio solidoaren (silizio dioxidoa) eta silizio-lurrunaren higadura bikoitza jasaten du, eta azkenean gurutzadura mehetu edo eraztun-pitzadura bat du, eta horren ondorioz gurutzaduraren haustura eragiten du.
Karbono/karbono konpositezko gurutzadura estaldura konposatu bat prestatu zen lurrunaren iragazketa kimikoaren prozesu eta in situ erreakzio bidez. Konpositezko estaldura silizio karburozko estalduraz (100~300μm), siliziozko estalduraz (10~20μm) eta silizio nitrurozko estalduraz (50~100μm) osatuta zegoen, eta horrek eraginkortasunez inhibitzen zuen silizio lurrunaren korrosioa karbono/karbono konpositezko gurutzaduraren barneko gainazalean. Ekoizpen prozesuan, konpositezko estaldura duen karbono/karbono konpositezko gurutzaduraren galera 0,04 mm da labe bakoitzeko, eta zerbitzu-bizitza 180 labealdira irits daiteke.
Ikertzaileek erreakzio kimiko baten metodoa erabili zuten karbono/karbono konpositezko gurutzaren gainazalean silizio karburozko estaldura uniforme bat sortzeko, tenperatura-baldintza jakin batzuetan eta garraio-gasaren babespean, silizio dioxidoa eta silizio metala lehengai gisa erabiliz tenperatura altuko sinterizazio-labe batean. Emaitzek erakusten dute tenperatura altuko tratamenduak ez duela sic estalduraren purutasuna eta erresistentzia hobetzen bakarrik, baita karbono/karbono konpositearen gainazalaren higadura-erresistentzia ere asko hobetzen duela, eta gurutzaren gainazalaren korrosioa eragozten duela SiO lurrunaren eta oxigeno atomo lurrunkorren ondorioz silizio monokristalezko labean. Gurutzaren zerbitzu-bizitza % 20 handitu da sic estaldurarik gabeko gurutzarenarekin alderatuta.
1.2 Fluxu-gidari hodiaren aplikazio eta ikerketa aurrerapena
Gida-zilindroa gurutzaren gainean dago (1. irudian erakusten den bezala). Kristala ateratzeko prozesuan, eremuaren barnealdearen eta kanpoaldearen arteko tenperatura-aldea handia da, batez ere beheko gainazala silizio urtuaren materialaren hurbilen dagoena, tenperatura altuena da, eta silizio-lurrunaren korrosioa da larriena.
Ikertzaileek prozesu sinple bat eta gida-hodiaren oxidazio-kontrako estaldura eta prestaketa-metodo bat asmatu zituzten. Lehenik, silizio karburozko whisker geruza bat in situ hazi zen gida-hodiaren matrizean, eta ondoren, silizio karburozko kanpoko geruza trinko bat prestatu zen, matrizearen eta silizio karburozko gainazaleko geruza trinkoaren artean SiCw trantsizio-geruza bat sortuz, 3. irudian erakusten den bezala. Hedapen termikoaren koefizientea matrizearen eta silizio karburoaren artean zegoen. Horrek hedapen termikoaren koefizientearen desorek eragindako tentsio termikoa eraginkortasunez murriztu dezake.
Analisiak erakusten du SiCw edukia handitzen den heinean, estalduraren pitzadura kopurua eta tamaina gutxitzen direla. 1100 ℃-ko airean 10 orduz oxidatu ondoren, estaldura-laginaren pisu-galera % 0,87 ~ % 8,87 artekoa baino ez da, eta silizio karburozko estalduraren oxidazio-erresistentzia eta kolpe termikoarekiko erresistentzia asko hobetzen dira. Prestaketa-prozesu osoa etengabe egiten da lurrun kimikoaren bidez, silizio karburozko estalduraren prestaketa asko errazten da eta tobera osoaren errendimendu osoa indartzen da.
Ikertzaileek CZOHR silizio monokristalerako grafitozko gida-hodiaren matrizea indartzeko eta gainazala estaltzeko metodo bat proposatu zuten. Lortutako silizio karburozko lohia grafitozko gida-hodiaren gainazalean uniformeki estali zen, 30~50 μm-ko lodierarekin, eskuila-estaldura edo ihinztadura-estaldura metodoaren bidez, eta ondoren tenperatura altuko labe batean jarri zen in situ erreakziorako, erreakzio-tenperatura 1850~2300 ℃-koa izan zen, eta bero-kontserbazioa 2~6 ordukoa izan zen. SiC kanpoko geruza 24 hazbeteko (60,96 cm-ko) kristal bakarreko hazkuntza-labe batean erabil daiteke, eta erabilera-tenperatura 1500 ℃-koa da, eta ikusi zen ez dela pitzadurarik edo hautsik erortzen grafitozko gida-zilindroaren gainazalean 1500 ordu igaro ondoren.
1.3 Aplikazio eta ikerketa aurrerapena isolamendu zilindroan
Silizio monokristalinozko eremu termiko sistemaren osagai nagusietako bat denez, isolamendu zilindroa batez ere bero-galera murrizteko eta eremu termiko ingurunearen tenperatura-gradientea kontrolatzeko erabiltzen da. Kristal bakarreko labearen barneko horma-isolamendu geruzaren euskarri-zati gisa, silizio lurrunaren korrosioak zepa erortzea eta produktuaren pitzadurak eragiten ditu, eta horrek azkenean produktuaren akatsa dakar.
C/C-sic konpositezko isolamendu-hodiaren silizio-lurrunaren korrosioarekiko erresistentzia are gehiago hobetzeko, ikertzaileek prestatutako C/C-sic konpositezko isolamendu-hodi produktuak erreakzio kimiko-lurruneko labean sartu zituzten, eta silizio karburozko estaldura trinkoa prestatu zuten C/C-sic konpositezko isolamendu-hodi produktuen gainazalean lurrun-deposizio kimikoaren prozesuaren bidez. Emaitzek erakusten dute prozesuak C/C-sic konpositezko isolamendu-hodiaren nukleoan silizio-lurrunaren bidez karbono-zuntzaren korrosioa eraginkortasunez inhibitzen duela, eta silizio-lurrunaren korrosioarekiko erresistentzia 5-10 aldiz handitzen dela karbono/karbono konpositearekin alderatuta, eta isolamendu-zilindroaren zerbitzu-bizitza eta eremu termikoaren ingurunearen segurtasuna asko hobetzen direla.
2. Ondorioa eta etorkizuna
Silizio karburozko estalduragero eta gehiago erabiltzen da karbono/karbono eremu termikoko materialetan, tenperatura altuetan oxidazio-erresistentzia bikaina duelako. Silizio monokristalinoaren ekoizpenean erabiltzen diren karbono/karbono eremu termikoko materialen tamaina handitzen ari denez, eremu termikoko materialen gainazaleko silizio karburo estalduraren uniformetasuna nola hobetu eta karbono/karbono eremu termikoko materialen bizitza erabilgarria nola hobetu konpondu beharreko arazo premiazkoa bihurtu da.
Bestalde, silizio monokristalinoaren industriaren garapenarekin, karbono/karbono eremu termikoko materialen purutasun handiko eskaria ere handitzen ari da, eta SiC nanofibrak ere hazten dira barneko karbono-zuntzetan erreakzioan zehar. Esperimentuen bidez prestatutako C/C-ZRC eta C/C-sic ZrC konpositeen masa-ablazio eta ablazio lineal tasak -0,32 mg/s eta 2,57 μm/s dira, hurrenez hurren. C/C-sic -ZrC konpositeen masa-ablazio eta lerro-ablazio tasak -0,24 mg/s eta 1,66 μm/s dira, hurrenez hurren. SiC nanofibrak dituzten C/C-ZRC konpositeek propietate ablatzaile hobeak dituzte. Geroago, karbono-iturri desberdinek SiC nanofibran hazkuntzan dituzten efektuak eta SiC nanofibrak C/C-ZRC konpositeen propietate ablatiboak indartzeko mekanismoa aztertuko dira.
Karbono/karbono konpositezko gurutzadura estaldura konposatu bat prestatu zen lurrunaren iragazketa kimikoaren prozesu eta in situ erreakzio bidez. Konpositezko estaldura silizio karburozko estalduraz (100~300μm), siliziozko estalduraz (10~20μm) eta silizio nitrurozko estalduraz (50~100μm) osatuta zegoen, eta horrek eraginkortasunez inhibitzen zuen silizio lurrunaren korrosioa karbono/karbono konpositezko gurutzaduraren barneko gainazalean. Ekoizpen prozesuan, konpositezko estaldura duen karbono/karbono konpositezko gurutzaduraren galera 0,04 mm da labe bakoitzeko, eta zerbitzu-bizitza 180 labealdira irits daiteke.
Argitaratze data: 2024ko otsailaren 22a