1. कार्बन/कार्बन तापीय क्षेत्र सामग्री में सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग के अनुप्रयोग और अनुसंधान प्रगति
1.1 क्रूसिबल तैयार करने में अनुप्रयोग और अनुसंधान प्रगति
एकल क्रिस्टल तापीय क्षेत्र में,कार्बन/कार्बन क्रूसिबलइसका मुख्य उपयोग सिलिकॉन सामग्री के लिए एक वाहक पात्र के रूप में किया जाता है और यह इसके संपर्क में होता है।क्वार्ट्ज़ क्रूसिबलजैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। कार्बन/कार्बन क्रूसिबल का कार्यकारी तापमान लगभग 1450℃ है, जो ठोस सिलिकॉन (सिलिकॉन डाइऑक्साइड) और सिलिकॉन वाष्प के दोहरे क्षरण के अधीन होता है, और अंततः क्रूसिबल पतला हो जाता है या उसमें एक वलय दरार आ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप क्रूसिबल विफल हो जाता है।
रासायनिक वाष्प पारगम्यता प्रक्रिया और इन-सीटू अभिक्रिया द्वारा एक मिश्रित कोटिंग वाला कार्बन/कार्बन मिश्रित क्रूसिबल तैयार किया गया। इस मिश्रित कोटिंग में सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग (100~300μm), सिलिकॉन कोटिंग (10~20μm) और सिलिकॉन नाइट्राइड कोटिंग (50~100μm) शामिल थीं, जो कार्बन/कार्बन मिश्रित क्रूसिबल की आंतरिक सतह पर सिलिकॉन वाष्प के क्षरण को प्रभावी ढंग से रोकती हैं। उत्पादन प्रक्रिया में, मिश्रित कोटिंग वाले कार्बन/कार्बन मिश्रित क्रूसिबल का क्षरण प्रति भट्टी 0.04 मिमी है, और इसका सेवा जीवन 180 भट्टी उपयोग तक पहुंच सकता है।
शोधकर्ताओं ने एक रासायनिक अभिक्रिया विधि का उपयोग करके, कुछ निश्चित तापमान स्थितियों और वाहक गैस की सुरक्षा में, उच्च तापमान वाले सिंटरिंग भट्टी में सिलिकॉन डाइऑक्साइड और सिलिकॉन धातु को कच्चे माल के रूप में इस्तेमाल करते हुए, कार्बन/कार्बन मिश्रित क्रूसिबल की सतह पर एक समान सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग तैयार की। परिणामों से पता चलता है कि उच्च तापमान उपचार से न केवल सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग की शुद्धता और मजबूती में सुधार होता है, बल्कि कार्बन/कार्बन मिश्रित सतह की घिसाव प्रतिरोधकता में भी काफी वृद्धि होती है और मोनोक्रिस्टल सिलिकॉन भट्टी में SiO वाष्प और वाष्पशील ऑक्सीजन परमाणुओं द्वारा क्रूसिबल की सतह के क्षरण को रोका जा सकता है। सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग रहित क्रूसिबल की तुलना में इस क्रूसिबल का सेवा जीवन 20% बढ़ जाता है।
1.2 प्रवाह गाइड ट्यूब में अनुप्रयोग और अनुसंधान प्रगति
गाइड सिलेंडर क्रूसिबल के ऊपर स्थित होता है (जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है)। क्रिस्टल खींचने की प्रक्रिया में, क्षेत्र के अंदर और बाहर तापमान का अंतर अधिक होता है, विशेष रूप से निचली सतह पिघले हुए सिलिकॉन पदार्थ के सबसे करीब होती है, जहाँ तापमान सबसे अधिक होता है, और सिलिकॉन वाष्प द्वारा होने वाला क्षरण सबसे गंभीर होता है।
शोधकर्ताओं ने गाइड ट्यूब के ऑक्सीकरण-रोधी लेप की एक सरल प्रक्रिया और अच्छी ऑक्सीकरण-प्रतिरोधक विधि का आविष्कार किया। सबसे पहले, गाइड ट्यूब के मैट्रिक्स पर सिलिकॉन कार्बाइड व्हिस्कर की एक परत को इन-सीटू उगाया गया, और फिर एक सघन सिलिकॉन कार्बाइड बाहरी परत तैयार की गई, जिससे मैट्रिक्स और सघन सिलिकॉन कार्बाइड सतह परत के बीच एक SiCw संक्रमण परत का निर्माण हुआ, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है। मैट्रिक्स और सिलिकॉन कार्बाइड के बीच तापीय प्रसार गुणांक में अंतर था। यह तापीय प्रसार गुणांक के असंतुलन के कारण होने वाले तापीय तनाव को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है।
विश्लेषण से पता चलता है कि SiCw की मात्रा बढ़ने के साथ, कोटिंग में दरारों का आकार और संख्या कम हो जाती है। 1100 ℃ तापमान पर 10 घंटे के ऑक्सीकरण के बाद, कोटिंग नमूने की भार हानि दर केवल 0.87% से 8.87% तक होती है, और सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग की ऑक्सीकरण प्रतिरोधकता और तापीय आघात प्रतिरोधकता में काफी सुधार होता है। पूरी तैयारी प्रक्रिया रासायनिक वाष्प निक्षेपण द्वारा निरंतर रूप से पूरी की जाती है, जिससे सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग की तैयारी बहुत सरल हो जाती है और पूरे नोजल का समग्र प्रदर्शन मजबूत होता है।
शोधकर्ताओं ने चोहर मोनोक्रिस्टल सिलिकॉन के लिए ग्रेफाइट गाइड ट्यूब के मैट्रिक्स सुदृढ़ीकरण और सतह कोटिंग की एक विधि प्रस्तावित की। प्राप्त सिलिकॉन कार्बाइड घोल को ब्रश कोटिंग या स्प्रे कोटिंग विधि द्वारा 30~50 μm की कोटिंग मोटाई के साथ ग्रेफाइट गाइड ट्यूब की सतह पर समान रूप से लेपित किया गया, और फिर इसे इन-सीटू प्रतिक्रिया के लिए उच्च तापमान भट्टी में रखा गया। प्रतिक्रिया तापमान 1850~2300 ℃ था, और ऊष्मा संरक्षण अवधि 2~6 घंटे थी। SiC की बाहरी परत को 24 इंच (60.96 सेमी) के एकल क्रिस्टल वृद्धि भट्टी में 1500 ℃ के तापमान पर प्राप्त किया जा सकता है, और यह पाया गया कि 1500 घंटे के बाद ग्रेफाइट गाइड सिलेंडर की सतह पर कोई दरार या पाउडर नहीं गिरा।
1.3 इन्सुलेशन सिलेंडर में अनुप्रयोग और अनुसंधान प्रगति
मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन थर्मल फील्ड सिस्टम के प्रमुख घटकों में से एक के रूप में, इन्सुलेशन सिलेंडर का मुख्य उपयोग ऊष्मा हानि को कम करने और थर्मल फील्ड वातावरण के तापमान प्रवणता को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। सिंगल क्रिस्टल फर्नेस की आंतरिक दीवार इन्सुलेशन परत के सहायक भाग के रूप में, सिलिकॉन वाष्प संक्षारण के कारण स्लैग का झड़ना और उत्पाद में दरारें पड़ना होता है, जिससे अंततः उत्पाद खराब हो जाता है।
C/C-SIC कंपोजिट इंसुलेशन ट्यूब की सिलिकॉन वाष्प संक्षारण प्रतिरोधकता को और बढ़ाने के लिए, शोधकर्ताओं ने तैयार किए गए C/C-SIC कंपोजिट इंसुलेशन ट्यूब उत्पादों को रासायनिक वाष्प प्रतिक्रिया भट्टी में रखा और रासायनिक वाष्प निक्षेपण प्रक्रिया द्वारा C/C-SIC कंपोजिट इंसुलेशन ट्यूब उत्पादों की सतह पर घनी सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग तैयार की। परिणामों से पता चलता है कि यह प्रक्रिया C/C-SIC कंपोजिट के कोर पर मौजूद कार्बन फाइबर के सिलिकॉन वाष्प द्वारा संक्षारण को प्रभावी ढंग से रोक सकती है, और कार्बन/कार्बन कंपोजिट की तुलना में सिलिकॉन वाष्प की संक्षारण प्रतिरोधकता 5 से 10 गुना बढ़ जाती है, जिससे इंसुलेशन सिलेंडर का सेवा जीवन और ऊष्मीय क्षेत्र पर्यावरण की सुरक्षा में काफी सुधार होता है।
2. निष्कर्ष और भविष्य की संभावनाएं
सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंगउच्च तापमान पर उत्कृष्ट ऑक्सीकरण प्रतिरोध के कारण कार्बन/कार्बन तापीय सामग्री में इसका उपयोग तेजी से बढ़ रहा है। मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उत्पादन में उपयोग होने वाली कार्बन/कार्बन तापीय सामग्री के आकार में वृद्धि के साथ, तापीय सामग्री की सतह पर सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग की एकरूपता में सुधार करना और कार्बन/कार्बन तापीय सामग्री के सेवा जीवन को बढ़ाना एक अत्यावश्यक समस्या बन गई है जिसका समाधान आवश्यक है।
दूसरी ओर, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उद्योग के विकास के साथ, उच्च शुद्धता वाले कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड सामग्रियों की मांग भी बढ़ रही है, और अभिक्रिया के दौरान आंतरिक कार्बन फाइबर पर SiC नैनोफाइबर भी विकसित हो रहे हैं। प्रयोगों द्वारा तैयार किए गए C/C-ZRC और C/C-SIC ZrC कंपोजिट की द्रव्यमान अपघर्षण और रेखीय अपघर्षण दरें क्रमशः -0.32 मिलीग्राम/सेकंड और 2.57 माइक्रोमीटर/सेकंड हैं। C/C-SIC-ZrC कंपोजिट की द्रव्यमान और रेखीय अपघर्षण दरें क्रमशः -0.24 मिलीग्राम/सेकंड और 1.66 माइक्रोमीटर/सेकंड हैं। SiC नैनोफाइबर युक्त C/C-ZRC कंपोजिट में बेहतर अपघर्षक गुण होते हैं। आगे, SiC नैनोफाइबर के विकास पर विभिन्न कार्बन स्रोतों के प्रभावों और C/C-ZRC कंपोजिट के अपघर्षक गुणों को मजबूत करने वाले SiC नैनोफाइबर की क्रियाविधि का अध्ययन किया जाएगा।
रासायनिक वाष्प पारगम्यता प्रक्रिया और इन-सीटू अभिक्रिया द्वारा एक मिश्रित कोटिंग वाला कार्बन/कार्बन मिश्रित क्रूसिबल तैयार किया गया। इस मिश्रित कोटिंग में सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग (100~300μm), सिलिकॉन कोटिंग (10~20μm) और सिलिकॉन नाइट्राइड कोटिंग (50~100μm) शामिल थीं, जो कार्बन/कार्बन मिश्रित क्रूसिबल की आंतरिक सतह पर सिलिकॉन वाष्प के क्षरण को प्रभावी ढंग से रोकती हैं। उत्पादन प्रक्रिया में, मिश्रित कोटिंग वाले कार्बन/कार्बन मिश्रित क्रूसिबल का क्षरण प्रति भट्टी 0.04 मिमी है, और इसका सेवा जीवन 180 भट्टी उपयोग तक पहुंच सकता है।
पोस्ट करने का समय: 22 फरवरी 2024