Ka hoʻohana ʻana a me ka holomua noiʻi o ka uhi ʻana o SiC i nā mea kahua wela kalapona/kalapona no ka silicon-2 monocrystalline

1 Ka hoʻohana ʻana a me ka holomua o ka noiʻi ʻana o ka uhi silicon carbide i nā mea hana kahua wela kalapona/kalapona

1.1 Ka holomua o ka noiʻi a me ka noiʻi ʻana i ka hoʻomākaukau ʻana i ka ipu hoʻoheheʻe

Ma ke kahua wela kristal hoʻokahi, ʻo kaipu hoʻoheheʻe kalapona/kalaponahoʻohana nui ʻia ma ke ʻano he ipu lawe no ka mea silicon a pili pū me kaipu hoʻoheheʻe quartz, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 2. ʻO ka mahana hana o ka ipu hoʻoheheʻe kalapona/kalapona ma kahi o 1450 ℃, kahi i hoʻopilikia ʻia e ka ʻino pālua o ka silicon paʻa (silicon dioxide) a me ka mahu silicon, a ʻo ka hope loa e lahilahi ka ipu hoʻoheheʻe a i ʻole he māwae apo, e hopena ana i ka hāʻule ʻana o ka ipu hoʻoheheʻe.

Ua hoʻomākaukau ʻia kahi ipu hoʻoheheʻe hui kalapona/kalapona i uhi ʻia e ke kaʻina hana permeation mahu kemika a me ka hopena in-situ. Ua haku ʻia ka uhi hui me ka uhi silicon carbide (100 ~ 300μm), ka uhi silicon (10 ~ 20μm) a me ka uhi silicon nitride (50 ~ 100μm), hiki ke kāohi pono i ka pala o ka mahu silicon ma ka ʻili o loko o ka ipu hoʻoheheʻe hui kalapona/kalapona. I ke kaʻina hana, ʻo ka nalowale o ka ipu hoʻoheheʻe hui kalapona/kalapona i uhi ʻia he 0.04 mm no kēlā me kēia umu, a hiki i ke ola lawelawe ke hiki i 180 mau manawa umu.

Ua hoʻohana nā kānaka noiʻi i kahi ʻano hana kemika e hana i kahi uhi silicon carbide like ma luna o ka ʻili o ke ipu hoʻoheheʻe carbon/carbon ma lalo o kekahi mau kūlana mahana a me ka pale ʻana i ke kinoea lawe, me ka hoʻohana ʻana i ka silicon dioxide a me ka metala silicon ma ke ʻano he mea maka i loko o ka umu sintering wela kiʻekiʻe. Hōʻike nā hopena ʻaʻole wale ka mālama ʻana i ka mahana kiʻekiʻe e hoʻomaikaʻi i ka maʻemaʻe a me ka ikaika o ka uhi sic, akā hoʻomaikaʻi nui hoʻi i ke kūpaʻa ʻana o ka ʻili o ka hui carbon/carbon, a pale i ka pala o ka ʻili o ke ipu hoʻoheheʻe e ka mahu SiO a me nā ʻātoma oxygen volatile i loko o ka umu silicon monocrystal. Hoʻonui ʻia ke ola lawelawe o ke ipu hoʻoheheʻe ma 20% i hoʻohālikelike ʻia me ke ipu hoʻoheheʻe me ka ʻole o ka uhi sic.

1.2 Ka holomua o ka noiʻi a me ka noiʻi ʻana i loko o ka paipu alakaʻi kahe

Aia ka ʻōmole alakaʻi ma luna o ke kapuahi hoʻoheheʻe (e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 1). I ke kaʻina hana o ka huki kristal, nui ka ʻokoʻa o ka mahana ma waena o loko a me waho o ke kahua, ʻoi aku ka kokoke o ka ʻili lalo i ka mea silicon i hoʻoheheʻe ʻia, ʻo ke ana wela ke kiʻekiʻe loa, a ʻo ka palaho e ka mahu silicon ka mea koʻikoʻi loa.

Ua hana nā mea noiʻi i kahi kaʻina hana maʻalahi a me ke kūpaʻa oxidation maikaʻi o ka ʻōmole alakaʻi anti-oxidation coating a me ke ʻano hoʻomākaukau. ʻO ka mea mua, ua ulu ʻia kahi papa o ka whisker silicon carbide ma luna o ka matrix o ka paipu alakaʻi, a laila ua hoʻomākaukau ʻia kahi papa waho silicon carbide dense, i hana ʻia ai kahi papa hoʻololi SiCw ma waena o ka matrix a me ka papa ʻili silicon carbide dense, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 3. ʻO ke coefficient o ka hoʻonui wela ma waena o ka matrix a me ka silicon carbide. Hiki iā ia ke hoʻemi pono i ke kaumaha wela i hoʻokumu ʻia e ka mismatch o ka coefficient hoʻonui wela.

Ua hōʻike ka loiloi me ka hoʻonui ʻia ʻana o ka ʻike SiCw, ua emi ka nui a me ka helu o nā māwae i loko o ka uhi. Ma hope o 10h oxidation i ka ea 1100 ℃, ʻo ka nui o ka pohō kaumaha o ka hāpana uhi he 0.87% ~ 8.87% wale nō, a ua hoʻomaikaʻi nui ʻia ke kūpaʻa oxidation a me ke kūpaʻa haʻalulu wela o ka uhi silicon carbide. Hoʻopau mau ʻia ke kaʻina hana hoʻomākaukau holoʻokoʻa e ka waiho ʻana o ka mahu kemika, ua maʻalahi loa ka hoʻomākaukau ʻana o ka uhi silicon carbide, a ua hoʻoikaika ʻia ka hana piha o ka nozzle holoʻokoʻa.

Ua hāpai nā mea noiʻi i kahi ʻano hana no ka hoʻoikaika ʻana i ka matrix a me ka uhi ʻana i ka ʻili o ka paipu alakaʻi graphite no ka silicon monocrystal czohr. Ua uhi like ʻia ka slurry silicon carbide i loaʻa ma luna o ka ʻili o ka paipu alakaʻi graphite me ka mānoanoa o ka uhi ʻana o 30 ~ 50 μm ma ke ʻano o ka uhi pulumu a i ʻole ke ʻano o ka uhi ʻana i ka pīpī, a laila waiho ʻia i loko o ka umu wela kiʻekiʻe no ka hana in-situ, ʻo ka mahana o ka hana he 1850 ~ 2300 ℃, a ʻo ka mālama ʻana i ka wela he 2 ~ 6h. Hiki ke hoʻohana ʻia ka papa waho SiC i loko o ka umu ulu kristal hoʻokahi 24 in (60.96 cm), a ʻo ka mahana hoʻohana he 1500 ℃, a ua ʻike ʻia ʻaʻohe haki a me ka hāʻule ʻana o ka pauka ma luna o ka cylinder alakaʻi graphite ma hope o 1500h.

1.3 Ka holomua o ka noi a me ka noiʻi ʻana i loko o ka pahu insulation

Ma ke ʻano he hoʻokahi o nā ʻāpana koʻikoʻi o ka ʻōnaehana kahua wela silicon monocrystalline, hoʻohana nui ʻia ka cylinder insulation e hōʻemi i ka nalowale o ka wela a kāohi i ka gradient mahana o ke kaiapuni kahua wela. Ma ke ʻano he ʻāpana kākoʻo o ka papa insulation paia o loko o ka umu kristal hoʻokahi, alakaʻi ka popopo mahu silicon i ka hāʻule ʻana o ka slag a me ka nahā ʻana o ka huahana, kahi e alakaʻi ai i ka hāʻule ʻana o ka huahana.

I mea e hoʻoikaika hou aku ai i ke kūpaʻa ʻana o ka silicon vapor corrosion o ka C/C-sic composite insulation tube, ua hoʻokomo nā mea noiʻi i nā huahana C/C-sic composite insulation tube i hoʻomākaukau ʻia i loko o ka umu hoʻoheheʻe kemika, a ua hoʻomākaukau ʻia ka uhi silicon carbide mānoanoa ma luna o ka ʻili o nā huahana C/C-sic composite insulation tube ma o ke kaʻina hana hoʻokomo kemika vapor. Hōʻike nā hopena, hiki i ke kaʻina hana ke pale pono i ka pala o ke kalapona fiber ma ke kumu o C/C-sic composite e ka silicon vapor, a ua hoʻonui ʻia ke kūpaʻa ʻana o ka silicon vapor e 5 a 10 mau manawa i hoʻohālikelike ʻia me ka carbon/carbon composite, a ua hoʻomaikaʻi nui ʻia ke ola lawelawe o ka insulation cylinder a me ka palekana o ke kahua wela.

2. Hopena a me ka manaʻolana

ʻO ka uhi ʻana o ka silikona carbideʻoi aku ka hoʻohana nui ʻia ʻana i nā mea kahua wela kalapona/kalapona ma muli o kona kūpaʻa maikaʻi loa i ka mahana kiʻekiʻe. Me ka nui o nā mea kahua wela kalapona/kalapona i hoʻohana ʻia i ka hana silicon monocrystalline, pehea e hoʻomaikaʻi ai i ke ʻano like o ka uhi silicon carbide ma ka ʻili o nā mea kahua wela a hoʻomaikaʻi i ke ola lawelawe o nā mea kahua wela kalapona/kalapona ua lilo i pilikia wikiwiki e hoʻoponopono ʻia.

Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, me ka hoʻomohala ʻana o ka ʻoihana silicon monocrystalline, ke piʻi nei ke koi no nā mea kahua wela kalapona/kalapona kiʻekiʻe-maʻemaʻe, a ua ulu pū ʻia nā nanofibers SiC ma nā olonā kalapona kūloko i ka wā o ka hopena. ʻO ka nui o ka ablation a me ka linear ablation o nā composites C/C-ZRC a me C/C-sic ZrC i hoʻomākaukau ʻia e nā hoʻokolohua he -0.32 mg/s a me 2.57 μm/s, kēlā me kēia. ʻO ka nui a me ka laina ablation o nā composites C/C-sic -ZrC he -0.24mg/s a me 1.66 μm/s, kēlā me kēia. ʻOi aku ka maikaʻi o nā waiwai ablative o nā composites C/C-ZRC me nā nanofibers SiC. Ma hope mai, e aʻo ʻia nā hopena o nā kumu kalapona like ʻole ma ka ulu ʻana o nā nanofibers SiC a me ke ʻano o nā nanofibers SiC e hoʻoikaika ana i nā waiwai ablative o nā composites C/C-ZRC.

Ua hoʻomākaukau ʻia kahi ipu hoʻoheheʻe hui kalapona/kalapona i uhi ʻia e ke kaʻina hana permeation mahu kemika a me ka hopena in-situ. Ua haku ʻia ka uhi hui me ka uhi silicon carbide (100 ~ 300μm), ka uhi silicon (10 ~ 20μm) a me ka uhi silicon nitride (50 ~ 100μm), hiki ke kāohi pono i ka pala o ka mahu silicon ma ka ʻili o loko o ka ipu hoʻoheheʻe hui kalapona/kalapona. I ke kaʻina hana, ʻo ka nalowale o ka ipu hoʻoheheʻe hui kalapona/kalapona i uhi ʻia he 0.04 mm no kēlā me kēia umu, a hiki i ke ola lawelawe ke hiki i 180 mau manawa umu.