1 Aplikasi dan kemajuan penelitian pelapisan silikon karbida pada material medan termal karbon/karbon
1.1 Aplikasi dan kemajuan penelitian dalam persiapan wadah peleburan
Dalam bidang termal kristal tunggal,karbon/wadah karbonterutama digunakan sebagai wadah pembawa bahan silikon dan bersentuhan denganwadah kuarsa, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Suhu kerja wadah karbon/karbon sekitar 1450℃, yang mengalami erosi ganda silikon padat (silikon dioksida) dan uap silikon, dan akhirnya wadah menjadi tipis atau memiliki retakan cincin, yang mengakibatkan kegagalan wadah.
Wadah komposit karbon/karbon berlapis komposit disiapkan melalui proses permeasi uap kimia dan reaksi in-situ. Lapisan komposit 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 wadah komposit karbon/karbon. Dalam proses produksi, kehilangan wadah komposit karbon/karbon berlapis komposit adalah 0,04 mm per tungku, dan masa pakai dapat mencapai 180 kali tungku.
Para peneliti menggunakan metode reaksi kimia untuk menghasilkan lapisan silikon karbida yang seragam pada permukaan wadah peleburan komposit karbon/karbon dalam kondisi suhu tertentu dan perlindungan gas pembawa, menggunakan silikon dioksida dan logam silikon sebagai bahan baku dalam tungku sintering suhu tinggi. Hasilnya menunjukkan bahwa perlakuan suhu tinggi tidak hanya meningkatkan kemurnian dan kekuatan lapisan silikon, tetapi juga sangat meningkatkan ketahanan aus permukaan komposit karbon/karbon, dan mencegah korosi permukaan wadah peleburan oleh uap SiO dan atom oksigen yang mudah menguap dalam tungku silikon monokristal. Masa pakai wadah peleburan meningkat sebesar 20% dibandingkan dengan wadah peleburan tanpa lapisan silikon.
1.2 Aplikasi dan kemajuan penelitian pada tabung pemandu aliran
Silinder pemandu terletak di atas wadah peleburan (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1). Dalam proses penarikan kristal, perbedaan suhu antara bagian dalam dan luar bidang sangat besar, terutama permukaan bawah yang paling dekat dengan bahan silikon cair, suhunya paling tinggi, dan korosi oleh uap silikon adalah yang paling serius.
Para peneliti menemukan proses sederhana dan ketahanan oksidasi yang baik dari lapisan antioksidasi tabung pemandu dan metode persiapan. Pertama, lapisan kumis silikon karbida ditumbuhkan secara in-situ pada matriks tabung pemandu, dan kemudian lapisan luar silikon karbida padat disiapkan, sehingga lapisan transisi SiCw terbentuk antara matriks dan lapisan permukaan silikon karbida padat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Koefisien ekspansi termal berada di antara matriks dan silikon karbida. Ini secara efektif dapat mengurangi tekanan 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 ℃, laju kehilangan berat sampel pelapis hanya 0,87%~8,87%, dan ketahanan oksidasi serta ketahanan guncangan termal dari lapisan silikon karbida meningkat pesat. Seluruh proses persiapan diselesaikan secara terus-menerus dengan pengendapan 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 pelapisan semprot, lalu ditempatkan dalam tungku suhu tinggi untuk reaksi in-situ, suhu reaksi adalah 1850~2300 ℃, dan pelestarian panas adalah 2~6 jam. Lapisan luar SiC dapat digunakan dalam tungku pertumbuhan kristal tunggal 24 in (60,96 cm), dan suhu penggunaan adalah 1500 ℃, dan ditemukan bahwa tidak ada retakan dan bubuk yang jatuh pada permukaan silinder pemandu grafit setelah 1500 jam.
1.3 Aplikasi dan kemajuan penelitian dalam silinder isolasi
Sebagai salah satu komponen utama sistem medan termal silikon monokristalin, silinder insulasi terutama digunakan untuk mengurangi kehilangan panas dan mengendalikan gradien suhu lingkungan medan termal. Sebagai bagian pendukung lapisan insulasi dinding bagian dalam tungku kristal tunggal, korosi uap silikon menyebabkan terak jatuh dan retaknya produk, yang akhirnya menyebabkan kegagalan produk.
Untuk lebih meningkatkan ketahanan korosi uap silikon pada tabung insulasi komposit C/C-sic, para peneliti memasukkan produk tabung insulasi komposit C/C-sic yang telah disiapkan ke dalam tungku reaksi uap kimia, dan menyiapkan lapisan silikon karbida padat pada permukaan produk tabung insulasi 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, dan masa pakai silinder insulasi serta keamanan lingkungan medan termal meningkat pesat.
2.Kesimpulan dan prospek
Pelapisan silikon karbidasemakin banyak digunakan dalam material medan termal karbon/karbon karena ketahanan oksidasi yang sangat baik pada suhu tinggi. Dengan semakin besarnya ukuran material medan termal karbon/karbon yang digunakan dalam produksi silikon monokristalin, bagaimana cara meningkatkan keseragaman lapisan silikon karbida pada permukaan material medan termal dan meningkatkan masa pakai material medan termal karbon/karbon telah menjadi masalah mendesak yang harus dipecahkan.
Di sisi lain, dengan perkembangan industri silikon monokristalin, permintaan untuk bahan 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 garis 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 ablatif yang lebih baik. Kemudian, efek dari sumber karbon yang berbeda pada pertumbuhan nanofiber SiC dan mekanisme nanofiber SiC yang memperkuat sifat ablatif komposit C/ C-ZRC akan dipelajari.
Wadah komposit karbon/karbon berlapis komposit disiapkan melalui proses permeasi uap kimia dan reaksi in-situ. Lapisan komposit 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 wadah komposit karbon/karbon. Dalam proses produksi, kehilangan wadah komposit karbon/karbon berlapis komposit adalah 0,04 mm per tungku, dan masa pakai dapat mencapai 180 kali tungku.
Waktu posting: 22-Feb-2024