1 Aplicación e progreso na investigación do revestimento de carburo de silicio en materiais de campo térmico carbono/carbono
1.1 Aplicación e progreso na investigación na preparación de crisol
No campo térmico de monocristal, ocrisol de carbono/carbonoúsase principalmente como recipiente de transporte para material de silicona e está en contacto cocrisol de cuarzo, como se mostra na Figura 2. A temperatura de traballo do crisol de carbono/carbono é duns 1450 ℃, que está sometida á dobre erosión do silicio sólido (dióxido de silicio) e do vapor de silicio, e finalmente o crisol vólvese delgado ou ten unha fenda anular, o que resulta na súa falla.
Preparouse un crisol composto de carbono/carbono con revestimento composto mediante un proceso de permeación de vapor químico e unha reacción in situ. O revestimento composto estaba composto por un revestimento de carburo de silicio (100~300 μm), un revestimento de silicio (10~20 μm) e un revestimento de nitruro de silicio (50~100 μm), que podían inhibir eficazmente a corrosión do vapor de silicio na superficie interior do crisol composto de carbono/carbono. No proceso de produción, a perda do crisol composto de carbono/carbono con revestimento composto é de 0,04 mm por forno, e a vida útil pode chegar aos 180 tempos de forno.
Os investigadores empregaron un método de reacción química para xerar un revestimento uniforme de carburo de silicio na superficie do crisol composto de carbono/carbono baixo certas condicións de temperatura e a protección do gas portador, utilizando dióxido de silicio e silicio metálico como materias primas nun forno de sinterización de alta temperatura. Os resultados mostran que o tratamento a alta temperatura non só mellora a pureza e a resistencia do revestimento de sic, senón que tamén mellora considerablemente a resistencia ao desgaste da superficie do composto de carbono/carbono e impide a corrosión da superficie do crisol polo vapor de SiO2 e os átomos de osíxeno volátiles no forno de silicio monocristalino. A vida útil do crisol aumenta nun 20 % en comparación coa do crisol sen revestimento de sic.
1.2 Aplicación e progreso na investigación no tubo de guía de fluxo
O cilindro guía está situado enriba do crisol (como se mostra na Figura 1). No proceso de extracción do cristal, a diferenza de temperatura entre o interior e o exterior do campo é grande, especialmente a superficie inferior é a máis próxima ao material de silicio fundido, a temperatura é a máis alta e a corrosión por vapor de silicio é a máis grave.
Os investigadores inventaron un proceso sinxelo e unha boa resistencia á oxidación do revestimento antioxidante e método de preparación do tubo guía. Primeiro, unha capa de bigotes de carburo de silicio creceu in situ na matriz do tubo guía e, a continuación, preparouse unha capa exterior densa de carburo de silicio, de xeito que se formase unha capa de transición de SiCw entre a matriz e a capa superficial densa de carburo de silicio, como se mostra na Figura 3. O coeficiente de expansión térmica estaba entre a matriz e o carburo de silicio. Isto pode reducir eficazmente a tensión térmica causada pola desaxuste do coeficiente de expansión térmica.
A análise mostra que co aumento do contido de SiCw, o tamaño e o número de gretas no revestimento diminúen. Despois de 10 horas de oxidación en aire a 1100 ℃, a taxa de perda de peso da mostra de revestimento é só do 0,87 % ao 8,87 %, e a resistencia á oxidación e ao choque térmico do revestimento de carburo de silicio melloran moito. Todo o proceso de preparación realízase de forma continua mediante deposición química de vapor, a preparación do revestimento de carburo de silicio simplifícase moito e o rendemento integral de toda a boquilla refórzase.
Os investigadores propuxeron un método de fortalecemento da matriz e revestimento superficial do tubo guía de grafito para silicio monocristal Czohr. A suspensión de carburo de silicio obtida revestiuse uniformemente sobre a superficie do tubo guía de grafito cun grosor de revestimento de 30~50 μm mediante o método de revestimento con pincel ou revestimento por pulverización, e logo colocouse nun forno de alta temperatura para a reacción in situ, a temperatura de reacción foi de 1850~2300 ℃ e a conservación da calor foi de 2~6 h. A capa exterior de SiC pódese usar nun forno de crecemento de monocristal de 24 polgadas (60,96 cm), e a temperatura de uso é de 1500 ℃, e comprobouse que non hai gretas nin caída de po na superficie do cilindro guía de grafito despois de 1500 h.
1.3 Aplicación e progreso na investigación no cilindro de illamento
Como un dos compoñentes clave do sistema de campo térmico de silicio monocristalino, o cilindro de illamento úsase principalmente para reducir a perda de calor e controlar o gradiente de temperatura do ambiente do campo térmico. Como parte de soporte da capa de illamento da parede interior do forno de monocristal, a corrosión do vapor de silicio leva á caída de escoria e ao rachado do produto, o que finalmente leva á súa falla.
Para mellorar aínda máis a resistencia á corrosión do vapor de silicio do tubo de illamento composto C/C-sic, os investigadores introduciron os produtos de tubos de illamento composto C/C-sic preparados no forno de reacción química de vapor e prepararon un revestimento denso de carburo de silicio na superficie dos produtos de tubos de illamento composto C/C-sic mediante o proceso de deposición química de vapor. Os resultados mostran que o proceso pode inhibir eficazmente a corrosión da fibra de carbono no núcleo do composto C/C-sic polo vapor de silicio, e a resistencia á corrosión do vapor de silicio aumenta de 5 a 10 veces en comparación co composto carbono/carbono, e a vida útil do cilindro de illamento e a seguridade do ambiente de campo térmico melloran considerablemente.
2. Conclusión e perspectiva
Revestimento de carburo de silicioúsase cada vez máis en materiais de campo térmico de carbono/carbono debido á súa excelente resistencia á oxidación a altas temperaturas. Co aumento do tamaño dos materiais de campo térmico de carbono/carbono empregados na produción de silicio monocristalino, a forma de mellorar a uniformidade do revestimento de carburo de silicio na superficie dos materiais de campo térmico e mellorar a vida útil dos materiais de campo térmico de carbono/carbono converteuse nun problema urxente que hai que resolver.
Por outra banda, co desenvolvemento da industria do silicio monocristalino, a demanda de materiais de campo térmico carbono/carbono de alta pureza tamén está a aumentar, e as nanofibras de SiC tamén se cultivan nas fibras de carbono internas durante a reacción. As taxas de ablación en masa e ablación lineal dos compostos C/C-ZRC e C/C-sic ZrC preparados mediante experimentos son de -0,32 mg/s e 2,57 μm/s, respectivamente. As taxas de ablación en masa e en liña dos compostos C/C-sic -ZrC son de -0,24 mg/s e 1,66 μm/s, respectivamente. Os compostos C/C-ZRC con nanofibras de SiC teñen mellores propiedades ablativas. Posteriormente, estudaranse os efectos de diferentes fontes de carbono no crecemento de nanofibras de SiC e o mecanismo dos nanofibras de SiC que reforzan as propiedades ablativas dos compostos C/C-ZRC.
Preparouse un crisol composto de carbono/carbono con revestimento composto mediante un proceso de permeación de vapor químico e unha reacción in situ. O revestimento composto estaba composto por un revestimento de carburo de silicio (100~300 μm), un revestimento de silicio (10~20 μm) e un revestimento de nitruro de silicio (50~100 μm), que podían inhibir eficazmente a corrosión do vapor de silicio na superficie interior do crisol composto de carbono/carbono. No proceso de produción, a perda do crisol composto de carbono/carbono con revestimento composto é de 0,04 mm por forno, e a vida útil pode chegar aos 180 tempos de forno.
Data de publicación: 22 de febreiro de 2024