1 Primjena i napredak istraživanja silicijevog karbidnog premaza u ugljik/ugljik termičkim poljskim materijalima
1.1 Primjena i napredak istraživanja u pripremi lončića
U toplinskom polju monokristala,ugljik/ugljik lončićse uglavnom koristi kao posuda za nošenje silicijskog materijala i u kontaktu je skvarcni lončić, kao što je prikazano na slici 2. Radna temperatura ugljik/ugljik lončića je oko 1450 ℃, koji je izložen dvostrukoj eroziji čvrstog silicija (silicijev dioksid) i silicijeve pare, te na kraju lončić postaje tanak ili ima prstenastu pukotinu, što rezultira kvarom lončića.
Kompozitni premaz od ugljik/ugljikovog kompozitnog lončića pripremljen je postupkom kemijske permeacije pare i in-situ reakcijom. Kompozitni premaz sastojao se od premaza silicijevog karbida (100~300μm), silikonskog premaza (10~20μm) i premaza silicijevog nitrida (50~100μm), koji je mogao učinkovito spriječiti koroziju silicijeve pare na unutarnjoj površini ugljik/ugljikovog kompozitnog lončića. Tijekom proizvodnog procesa, gubitak kompozitnog premaza od ugljik/ugljikovog kompozitnog lončića iznosi 0,04 mm po peći, a vijek trajanja može doseći 180 peći.
Istraživači su koristili metodu kemijske reakcije kako bi stvorili jednoličan premaz silicij-karbida na površini lončića od ugljik/ugljik kompozita pod određenim temperaturnim uvjetima i zaštitom plina nosača, koristeći silicijev dioksid i metalni silicij kao sirovine u peći za sinteriranje na visokim temperaturama. Rezultati pokazuju da obrada na visokim temperaturama ne samo da poboljšava čistoću i čvrstoću silic premaza, već i uvelike poboljšava otpornost na habanje površine ugljik/ugljik kompozita te sprječava koroziju površine lončića parama SiO2 i hlapljivim atomima kisika u peći od monokristalnog silicija. Vijek trajanja lončića povećan je za 20% u usporedbi s lončićem bez silic premaza.
1.2 Primjena i napredak istraživanja cijevi za vođenje protoka
Vodilica cilindra nalazi se iznad lončića (kao što je prikazano na slici 1). Tijekom procesa izvlačenja kristala, temperaturna razlika između unutarnjeg i vanjskog polja je velika, posebno je donja površina najbliža rastaljenom silicijskom materijalu, temperatura je najviša, a korozija silicijevim parama je najozbiljnija.
Istraživači su izumili jednostavan postupak i dobru otpornost na oksidaciju antioksidacijskog premaza i metodu pripreme vodeće cijevi. Prvo je sloj silicijevog karbidnog vlakna uzgojen in situ na matrici vodeće cijevi, a zatim je pripremljen gusti vanjski sloj silicijevog karbida, tako da je između matrice i gustog površinskog sloja silicijevog karbida formiran SiCw prijelazni sloj, kao što je prikazano na slici 3. Koeficijent toplinskog širenja bio je između matrice i silicijevog karbida. To može učinkovito smanjiti toplinsko naprezanje uzrokovano neusklađenošću koeficijenta toplinskog širenja.
Analiza pokazuje da se s povećanjem udjela SiCw smanjuje veličina i broj pukotina u premazu. Nakon 10 sati oksidacije na zraku temperature 1100 ℃, stopa gubitka težine uzorka premaza iznosi samo 0,87% do 8,87%, a otpornost na oksidaciju i toplinski udar silicij-karbidnog premaza znatno se poboljšava. Cijeli proces pripreme odvija se kontinuirano kemijskim taloženjem iz pare, priprema silicij-karbidnog premaza znatno se pojednostavljuje, a sveobuhvatne performanse cijele mlaznice se poboljšavaju.
Istraživači su predložili metodu ojačanja matrice i površinskog premaza grafitne vodilice za czohr monokristalni silicij. Dobivena suspenzija silicij-karbida ravnomjerno je nanesena na površinu grafitne vodilice s debljinom premaza od 30~50 μm metodom premazivanja četkom ili prskanjem, a zatim je stavljena u visokotemperaturnu peć za in-situ reakciju. Temperatura reakcije bila je 1850~2300 ℃, a održavanje topline 2~6 sati. Vanjski sloj SiC-a može se koristiti u peći za rast monokristala od 24 inča (60,96 cm), a temperatura korištenja je 1500 ℃, te je utvrđeno da nema pucanja i otpadanja praha na površini grafitnog vodilice nakon 1500 sati.
1.3 Primjena i napredak istraživanja izolacijskog cilindra
Kao jedna od ključnih komponenti monokristalnog silicijevog toplinskog sustava, izolacijski cilindar se uglavnom koristi za smanjenje gubitka topline i kontrolu temperaturnog gradijenta okoline toplinskog polja. Kao potporni dio unutarnjeg sloja izolacije stijenke monokristalne peći, korozija silicijeve pare dovodi do otpadanja troske i pucanja proizvoda, što na kraju dovodi do kvara proizvoda.
Kako bi dodatno poboljšali otpornost izolacijske cijevi od C/C-sic kompozita na koroziju silicijevim parama, istraživači su pripremljene C/C-sic kompozitne izolacijske cijevi stavili u peć za kemijsku reakciju parom i nanijeli gusti premaz silicijevog karbida na površinu C/C-sic kompozitnih izolacijskih cijevi postupkom kemijskog taloženja parom. Rezultati pokazuju da postupak može učinkovito spriječiti koroziju ugljičnih vlakana na jezgri C/C-sic kompozita silicijevim parama, a otpornost na koroziju silicijevih para povećava se 5 do 10 puta u usporedbi s ugljik/ugljikovim kompozitom, a vijek trajanja izolacijske cilindra i sigurnost toplinskog polja znatno su poboljšani.
2. Zaključak i izgledi
Premaz od silicij-karbidaSve se više koristi u ugljik/ugljik termičkim materijalima zbog svoje izvrsne otpornosti na oksidaciju na visokim temperaturama. S povećanjem veličine ugljik/ugljik termičkim materijalima koji se koriste u proizvodnji monokristalnog silicija, hitan problem koji treba riješiti postao je način poboljšanja ujednačenosti premaza silicij-karbida na površini termičkim materijalima i produljenja vijeka trajanja ugljik/ugljik termičkim materijalima.
S druge strane, s razvojem industrije monokristalnog silicija, raste i potražnja za visokočistim materijalima ugljik/ugljik za toplinsko polje, a SiC nanovlakna se također uzgajaju na unutarnjim ugljičnim vlaknima tijekom reakcije. Brzine masene ablacije i linearne ablacije kompozita C/C-ZRC i C/C-sic ZrC pripremljenih eksperimentima iznose -0,32 mg/s odnosno 2,57 μm/s. Brzine masene i linijske ablacije kompozita C/C-sic-ZrC iznose -0,24 mg/s odnosno 1,66 μm/s. Kompoziti C/C-ZRC s SiC nanovlaknima imaju bolja ablativna svojstva. Kasnije će se proučavati učinci različitih izvora ugljika na rast SiC nanovlakana i mehanizam SiC nanovlakana koji pojačavaju ablativna svojstva C/C-ZRC kompozita.
Kompozitni premaz od ugljik/ugljikovog kompozitnog lončića pripremljen je postupkom kemijske permeacije pare i in-situ reakcijom. Kompozitni premaz sastojao se od premaza silicijevog karbida (100~300μm), silikonskog premaza (10~20μm) i premaza silicijevog nitrida (50~100μm), koji je mogao učinkovito spriječiti koroziju silicijeve pare na unutarnjoj površini ugljik/ugljikovog kompozitnog lončića. Tijekom proizvodnog procesa, gubitak kompozitnog premaza od ugljik/ugljikovog kompozitnog lončića iznosi 0,04 mm po peći, a vijek trajanja može doseći 180 peći.
Vrijeme objave: 22. veljače 2024.