1 Notkun og rannsóknarframfarir á kísilkarbíðhúðun í kolefnis/kolefnis hitasviðsefnum
1.1 Notkun og rannsóknarframfarir í undirbúningi deiglna
Í einkristalla hitasviðinu,kolefni/kolefnisdeiglaer aðallega notað sem flutningsílát fyrir kísilefni og er í snertingu viðkvarsdeigla, eins og sýnt er á mynd 2. Vinnsluhitastig kolefnis/kolefnisdeiglunnar er um 1450 ℃, sem verður fyrir tvöfaldri rofi af föstu kísli (kísildíoxíði) og kísillgufu, og að lokum verður deiglan þunn eða myndar hringsprungu, sem leiðir til bilunar í deiglunni.
Samsett húðun kolefnis/kolefnis samsettrar deiglu var búin til með efnafræðilegri gufugegndræpisaðferð og in-situ viðbrögðum. Samsetta húðunin var samsett úr kísilkarbíðhúðun (100~300μm), kísilhúðun (10~20μm) og kísilnítríðhúðun (50~100μm), sem gat á áhrifaríkan hátt hindrað tæringu kísilgufu á innra yfirborði kolefnis/kolefnis samsettrar deiglu. Í framleiðsluferlinu er tap samsettrar húðaðrar kolefnis/kolefnis samsettrar deiglu 0,04 mm á ofni og endingartími getur náð 180 ofntíma.
Rannsakendurnir notuðu efnahvarfsaðferð til að búa til einsleita kísilkarbíðhúð á yfirborði kolefnis/kolefnis samsetts deiglunnar við ákveðin hitastig og til að vernda burðargas, með því að nota kísildíoxíð og kísilmálm sem hráefni í háhitasintrunarofni. Niðurstöðurnar sýna að háhitameðferðin bætir ekki aðeins hreinleika og styrk kísilkarbíðhúðarinnar, heldur bætir einnig verulega slitþol yfirborðs kolefnis/kolefnis samsetts efnisins og kemur í veg fyrir tæringu á yfirborði deiglunnar af völdum SiO2 gufu og rokgjörna súrefnisatóma í einkristalla kísilofninum. Líftími deiglunnar eykst um 20% samanborið við deigluna án kísilkarbíðhúðunar.
1.2 Notkun og rannsóknarframfarir í flæðisleiðarröri
Leiðarhólkurinn er staðsettur fyrir ofan deigluna (eins og sýnt er á mynd 1). Við kristaldrættingu er hitamunurinn á milli innan og utan sviðsins mikill, sérstaklega neðst þar sem það er næst bráðna kísillefninu, þar sem hitastigið er hæst og tæringin af völdum kísillgufu er alvarlegust.
Rannsakendurnir fundu upp einfalda aðferð og góða oxunarþol fyrir oxunarvarnarhúðun og undirbúningsaðferð fyrir leiðarrör. Fyrst var lag af kísilkarbíðþráðum ræktað á staðnum á grunnefni leiðarrörsins og síðan var þétt ytra lag af kísilkarbíði útbúið, þannig að SiCw millilag myndaðist á milli grunnefnisins og þétta yfirborðslagsins af kísilkarbíði, eins og sýnt er á mynd 3. Varmaþenslustuðullinn var á milli grunnefnisins og kísilkarbíðsins. Það getur á áhrifaríkan hátt dregið úr varmaálagi sem stafar af ósamræmi í varmaþenslustuðlinum.
Greiningin sýnir að með aukningu á SiCw innihaldi minnkar stærð og fjöldi sprungna í húðuninni. Eftir 10 klst. oxun í 1100 ℃ lofti er þyngdartap húðunarsýnisins aðeins 0,87% ~ 8,87% og oxunarþol og hitaáfallsþol kísillkarbíðhúðunarinnar batna verulega. Allt undirbúningsferlið er framkvæmt samfellt með efnafræðilegri gufuútfellingu, sem einfaldar mjög undirbúning kísillkarbíðhúðunar og eykur heildarafköst alls stútsins.
Rannsakendurnir lögðu til aðferð til að styrkja grunnefni og yfirborðshúða grafítleiðararör fyrir czohr einkristallað sílikon. Kísilkarbíðblöndunni sem fékkst var jafnt húðað á yfirborð grafítleiðararörsins með þykkt húðunar upp á 30~50 μm með burstahúðun eða úðahúðun, og síðan sett í háhitaofn til staðbundinnar hvarfs, hvarfhitastigið var 1850~2300 ℃ og hitaþolið var 2~6 klst. Ytra lag SiC er hægt að nota í 24 tommu (60,96 cm) einkristalla vaxtarofni, og notkunarhitastigið er 1500 ℃, og það kom í ljós að engin sprungur og duftfall eru á yfirborði grafítleiðararörsins eftir 1500 klst.
1.3 Notkun og rannsóknarframfarir í einangrunarstrokka
Sem einn af lykilþáttum einkristallaðs kísils hitakerfiskerfis er einangrunarstrokka aðallega notuð til að draga úr hitatapi og stjórna hitastigshalla hitasviðsumhverfisins. Sem stuðningshluti innveggjarlagsins í einkristallaofni leiðir gufutæring kísils til gjallfalls og sprungna í vörunni, sem að lokum leiðir til bilunar í vörunni.
Til að auka enn frekar tæringarþol kísillþráða í C/C-sic samsettum einangrunarrörum gegn kísilgufu, settu vísindamennirnir tilbúnu C/C-sic samsettu einangrunarrörin í efnafræðilegan gufuviðbragðsofn og útbjuggu þétta kísilkarbíðhúð á yfirborð C/C-sic samsettu einangrunarröranna með efnafræðilegri gufuútfellingu. Niðurstöðurnar sýna að ferlið getur á áhrifaríkan hátt hindrað tæringu kolefnisþráða á kjarna C/C-sic samsetts efnisins og tæringarþol kísillgufu eykst um 5 til 10 sinnum samanborið við kolefni/kolefnis samsett efni. Endingartími einangrunarrörsins og öryggi í hitauppstreymisumhverfinu batna til muna.
2. Niðurstaða og horfur
Kísilkarbíðhúðuner sífellt meira notað í kolefnis/kolefnis hitasviðsefnum vegna framúrskarandi oxunarþols þess við háan hita. Með vaxandi stærð kolefnis/kolefnis hitasviðsefna sem notuð eru í framleiðslu á einkristallaðri sílikoni, hefur það orðið brýnt vandamál að leysa hvernig bæta megi einsleitni kísilkarbíðhúðunar á yfirborði hitasviðsefna og auka endingartíma kolefnis/kolefnis hitasviðsefna.
Hins vegar, með þróun einkristallaðs kísilliðnaðarins, eykst eftirspurn eftir hágæða kolefnis/kolefnis varmasviðsefnum einnig, og SiC nanótrefjar eru einnig ræktaðar á innri kolefnistrefjunum meðan á efnahvarfinu stendur. Massaablations- og línuleg ablationshraði C/C-ZRC og C/C-sic ZrC samsetninga sem framleiddar eru með tilraunum eru -0,32 mg/s og 2,57 μm/s, talið í sömu röð. Massaablations- og línuleg ablationshraði C/C-sic-ZrC samsetninga eru -0,24 mg/s og 1,66 μm/s, talið í sömu röð. C/C-ZRC samsetningin með SiC nanótrefjum hefur betri ablationseiginleika. Síðar verða áhrif mismunandi kolefnisgjafa á vöxt SiC nanótrefja og hvernig SiC nanótrefjar styrkja ablationseiginleika C/C-ZRC samsetninga rannsökuð.
Samsett húðun kolefnis/kolefnis samsettrar deiglu var búin til með efnafræðilegri gufugegndræpisaðferð og in-situ viðbrögðum. Samsetta húðunin var samsett úr kísilkarbíðhúðun (100~300μm), kísilhúðun (10~20μm) og kísilnítríðhúðun (50~100μm), sem gat á áhrifaríkan hátt hindrað tæringu kísilgufu á innra yfirborði kolefnis/kolefnis samsettrar deiglu. Í framleiðsluferlinu er tap samsettrar húðaðrar kolefnis/kolefnis samsettrar deiglu 0,04 mm á ofni og endingartími getur náð 180 ofntíma.
Birtingartími: 22. febrúar 2024