1. Aplikasi dan kemajuan penelitian pelapisan silikon karbida pada material medan termal karbon/karbon.
1.1 Penerapan dan kemajuan penelitian dalam pembuatan krus
Dalam medan termal kristal tunggal,krus karbon/karbonterutama digunakan sebagai wadah pembawa material silikon dan bersentuhan dengankrusibel kuarsaSeperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Suhu kerja krusibel karbon/karbon sekitar 1450℃, yang mengalami erosi ganda silikon padat (silikon dioksida) dan uap silikon, dan akhirnya krusibel menjadi tipis atau memiliki retakan melingkar, yang mengakibatkan kegagalan krusibel.
Cawan komposit karbon/karbon berlapis komposit disiapkan melalui proses permeasi uap kimia dan reaksi in-situ. Lapisan komposit tersebut terdiri dari lapisan silikon karbida (100~300μm), lapisan silikon (10~20μm), dan lapisan silikon nitrida (50~100μm), yang secara efektif dapat menghambat korosi uap silikon pada permukaan bagian dalam cawan komposit karbon/karbon. Dalam proses produksi, kehilangan ketebalan cawan komposit karbon/karbon berlapis komposit adalah 0,04 mm per tungku, dan masa pakainya dapat mencapai 180 kali penggunaan tungku.
Para peneliti menggunakan metode reaksi kimia untuk menghasilkan lapisan silikon karbida yang seragam pada permukaan wadah komposit karbon/karbon di bawah kondisi suhu tertentu dan perlindungan gas pembawa, menggunakan silikon dioksida dan logam silikon sebagai bahan baku dalam tungku sinter suhu tinggi. Hasilnya menunjukkan bahwa perlakuan suhu tinggi tidak hanya meningkatkan kemurnian dan kekuatan lapisan silikon karbida, tetapi juga sangat meningkatkan ketahanan aus permukaan komposit karbon/karbon, dan mencegah korosi permukaan wadah oleh uap SiO dan atom oksigen volatil dalam tungku silikon monokristal. Masa pakai wadah meningkat sebesar 20% dibandingkan dengan wadah tanpa lapisan silikon karbida.
1.2 Aplikasi dan kemajuan penelitian pada tabung pemandu aliran
Silinder pemandu terletak di atas wadah (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1). Dalam proses penarikan kristal, perbedaan suhu antara bagian dalam dan luar area kerja sangat besar, terutama permukaan bawah yang paling dekat dengan material silikon cair, suhunya paling tinggi, dan korosi akibat uap silikon paling serius.
Para peneliti menemukan proses sederhana dan ketahanan oksidasi yang baik untuk lapisan anti-oksidasi tabung pemandu serta metode persiapannya. Pertama, lapisan whisker silikon karbida ditumbuhkan secara in-situ pada matriks tabung pemandu, kemudian lapisan luar silikon karbida yang padat disiapkan, sehingga lapisan transisi SiCw terbentuk antara matriks dan lapisan permukaan silikon karbida yang padat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Koefisien ekspansi termal berada di antara matriks dan silikon karbida. Hal ini dapat secara efektif mengurangi tegangan termal yang disebabkan oleh ketidaksesuaian koefisien ekspansi termal.
Analisis menunjukkan bahwa dengan peningkatan kandungan SiCw, ukuran dan jumlah retakan pada lapisan berkurang. Setelah oksidasi 10 jam di udara 1100 ℃, tingkat kehilangan berat sampel lapisan hanya 0,87%~8,87%, dan ketahanan oksidasi serta ketahanan terhadap guncangan termal dari lapisan silikon karbida meningkat pesat. Seluruh proses persiapan diselesaikan secara kontinu melalui deposisi uap kimia, persiapan lapisan silikon karbida sangat disederhanakan, dan kinerja komprehensif seluruh nosel diperkuat.
Para peneliti mengusulkan metode penguatan matriks dan pelapisan permukaan tabung pemandu grafit untuk silikon monokristal Czohr. Bubur silikon karbida yang diperoleh dilapisi secara merata pada permukaan tabung pemandu grafit dengan ketebalan lapisan 30~50 μm dengan metode pelapisan kuas atau penyemprotan, kemudian ditempatkan dalam tungku suhu tinggi untuk reaksi in-situ, suhu reaksi adalah 1850~2300 ℃, dan penahanan panas adalah 2~6 jam. Lapisan luar SiC dapat digunakan dalam tungku pertumbuhan kristal tunggal 24 inci (60,96 cm), dan suhu penggunaannya adalah 1500 ℃, dan ditemukan bahwa tidak ada retakan dan serbuk yang jatuh pada permukaan silinder pemandu grafit setelah 1500 jam.
1.3 Penerapan dan kemajuan penelitian pada silinder isolasi
Sebagai salah satu komponen kunci dari sistem medan termal silikon monokristalin, silinder isolasi terutama digunakan untuk mengurangi kehilangan panas dan mengontrol gradien suhu lingkungan medan termal. Sebagai bagian pendukung lapisan isolasi dinding bagian dalam tungku kristal tunggal, korosi uap silikon menyebabkan jatuhnya terak dan retaknya produk, yang pada akhirnya menyebabkan kegagalan produk.
Untuk lebih meningkatkan ketahanan korosi uap silikon pada tabung isolasi komposit C/C-SiC, para peneliti memasukkan produk tabung isolasi komposit C/C-SiC yang telah disiapkan ke dalam tungku reaksi uap kimia, dan menyiapkan lapisan silikon karbida padat pada permukaan produk tabung isolasi komposit C/C-SiC melalui proses pengendapan uap kimia. Hasilnya menunjukkan bahwa proses tersebut dapat secara efektif menghambat korosi serat karbon pada inti komposit C/C-SiC oleh uap silikon, dan ketahanan korosi uap silikon meningkat 5 hingga 10 kali lipat dibandingkan dengan komposit karbon/karbon, serta masa pakai silinder isolasi dan keamanan lingkungan medan termal meningkat secara signifikan.
2. Kesimpulan dan prospek
Lapisan silikon karbidaSilikon karbida semakin banyak digunakan dalam material medan termal karbon/karbon karena ketahanan oksidasinya yang sangat baik pada suhu tinggi. Dengan meningkatnya ukuran material medan termal karbon/karbon yang digunakan dalam produksi silikon monokristalin, bagaimana meningkatkan keseragaman lapisan silikon karbida pada permukaan material medan termal dan meningkatkan umur pakai material medan termal karbon/karbon telah menjadi masalah mendesak yang perlu dipecahkan.
Di sisi lain, dengan perkembangan industri silikon monokristalin, permintaan akan material medan termal karbon/karbon dengan kemurnian tinggi juga meningkat, dan nanofiber SiC juga tumbuh pada serat karbon internal selama reaksi. Laju ablasi massa dan ablasi linier komposit C/C-ZRC dan C/C-SiC-ZrC yang disiapkan melalui eksperimen masing-masing adalah -0,32 mg/s dan 2,57 μm/s. Laju ablasi massa dan linier komposit C/C-SiC-ZrC masing-masing adalah -0,24 mg/s dan 1,66 μm/s. Komposit C/C-ZRC dengan nanofiber SiC memiliki sifat ablasi yang lebih baik. Selanjutnya, pengaruh berbagai sumber karbon terhadap pertumbuhan nanofiber SiC dan mekanisme nanofiber SiC dalam memperkuat sifat ablasi komposit C/C-ZRC akan dipelajari.
Cawan komposit karbon/karbon berlapis komposit disiapkan melalui proses permeasi uap kimia dan reaksi in-situ. Lapisan komposit tersebut terdiri dari lapisan silikon karbida (100~300μm), lapisan silikon (10~20μm), dan lapisan silikon nitrida (50~100μm), yang secara efektif dapat menghambat korosi uap silikon pada permukaan bagian dalam cawan komposit karbon/karbon. Dalam proses produksi, kehilangan ketebalan cawan komposit karbon/karbon berlapis komposit adalah 0,04 mm per tungku, dan masa pakainya dapat mencapai 180 kali penggunaan tungku.
Waktu posting: 22 Februari 2024