1. სილიციუმის კარბიდის საფარის გამოყენება და კვლევის პროგრესი ნახშირბადის/ნახშირბადის თერმული ველის მასალებში
1.1 ტილოგრამის მომზადებაში გამოყენებისა და კვლევის პროგრესი
ერთკრისტალურ თერმულ ველში,ნახშირბადის/ნახშირბადის ტილოძირითადად გამოიყენება სილიკონის მასალის გადასატან ჭურჭლად და კონტაქტშიაკვარცის ტილო, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 2-ზე. ნახშირბადის/ნახშირბადის ტიგანის სამუშაო ტემპერატურა დაახლოებით 1450℃-ია, რომელიც მყარი სილიციუმის (სილიციუმის დიოქსიდი) და სილიციუმის ორთქლის ორმაგ ეროზიას განიცდის და საბოლოოდ ტიგანი თხელდება ან რგოლისებრი ბზარი უჩნდება, რაც ტიგანის დაზიანებას იწვევს.
ქიმიური ორთქლის შეღწევადობის პროცესითა და ადგილზე რეაქციით მომზადდა კომპოზიტური საფარით დამზადებული ნახშირბადის/ნახშირბადის კომპოზიტური ტიგანი. კომპოზიტური საფარი შედგებოდა სილიციუმის კარბიდის საფარისგან (100~300μm), სილიციუმის საფარისგან (10~20μm) და სილიციუმის ნიტრიდის საფარისგან (50~100μm), რაც ეფექტურად აფერხებდა სილიციუმის ორთქლის კოროზიას ნახშირბადის/ნახშირბადის კომპოზიტური ტიგანის შიდა ზედაპირზე. წარმოების პროცესში, კომპოზიტური საფარით დაფარული ნახშირბადის/ნახშირბადის კომპოზიტური ტიგანის დანაკარგი ღუმელზე 0.04 მმ-ია, ხოლო ექსპლუატაციის ვადამ შეიძლება ღუმელის დამუშავების 180-ჯერ მიაღწიოს.
მკვლევრებმა ქიმიური რეაქციის მეთოდი გამოიყენეს ნახშირბადის/ნახშირბადის კომპოზიტური ტიგანის ზედაპირზე ერთგვაროვანი სილიციუმის კარბიდის საფარის მისაღებად გარკვეული ტემპერატურული პირობებისა და მატარებელი აირის დაცვის პირობებში, მაღალტემპერატურულ სინთეზირების ღუმელში ნედლეულად სილიციუმის დიოქსიდისა და ლითონის სილიციუმის გამოყენებით. შედეგები აჩვენებს, რომ მაღალტემპერატურული დამუშავება არა მხოლოდ აუმჯობესებს SIC საფარის სისუფთავეს და სიმტკიცეს, არამედ მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ნახშირბადის/ნახშირბადის კომპოზიტის ზედაპირის ცვეთამედეგობას და ხელს უშლის ტიგანის ზედაპირის კოროზიას SiO2 ორთქლისა და აქროლადი ჟანგბადის ატომების მიერ მონოკრისტალურ სილიციუმის ღუმელში. ტიგანის მომსახურების ვადა 20%-ით გაიზარდა SIC საფარის გარეშე ტიგანისთან შედარებით.
1.2 ნაკადის გამტარი მილის გამოყენებისა და კვლევის პროგრესი
მიმმართველი ცილინდრი მდებარეობს ტიგანის ზემოთ (როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 1-ზე). კრისტალის გამოწევის პროცესში, ველის შიდა და გარე ტემპერატურულ სხვაობას დიდი მნიშვნელობა აქვს, განსაკუთრებით ქვედა ზედაპირი ყველაზე ახლოსაა გამდნარ სილიციუმის მასალასთან, ტემპერატურა ყველაზე მაღალია და სილიციუმის ორთქლით გამოწვეული კოროზია ყველაზე სერიოზულია.
მკვლევარებმა გამოიგონეს მარტივი პროცესი და კარგი დაჟანგვისადმი მდგრადობის მქონე გამტარი მილის ანტიოქსიდანტური საფარი და მომზადების მეთოდი. პირველ რიგში, გამტარი მილის მატრიცაზე ადგილზე გაიზარდა სილიციუმის კარბიდის ულვაშის ფენა, შემდეგ კი მომზადდა მკვრივი სილიციუმის კარბიდის გარე ფენა, ისე, რომ მატრიცასა და მკვრივ სილიციუმის კარბიდის ზედაპირულ ფენას შორის წარმოიქმნა SiCw გარდამავალი ფენა, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 3-ში. თერმული გაფართოების კოეფიციენტი მატრიცასა და სილიციუმის კარბიდს შორის იყო. ამან შეიძლება ეფექტურად შეამციროს თერმული გაფართოების კოეფიციენტის შეუსაბამობით გამოწვეული თერმული სტრესი.
ანალიზი აჩვენებს, რომ SiCw შემცველობის ზრდასთან ერთად, საფარში ბზარების ზომა და რაოდენობა მცირდება. 1100 ℃ ჰაერში 10 საათიანი დაჟანგვის შემდეგ, საფარის ნიმუშის წონის დაკლების სიჩქარე მხოლოდ 0.87%~8.87%-ია, ხოლო სილიციუმის კარბიდის საფარის დაჟანგვისა და თერმული დარტყმისადმი მდგრადობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია. მომზადების მთელი პროცესი უწყვეტად სრულდება ქიმიური ორთქლის დალექვით, რაც მნიშვნელოვნად ამარტივებს სილიციუმის კარბიდის საფარის მომზადებას და აძლიერებს მთელი საქშენის ყოვლისმომცველ მუშაობას.
მკვლევარებმა შემოგვთავაზეს სილიციუმის მონოკრისტალური სილიციუმის გრაფიტის გამტარი მილის მატრიცის გამაგრებისა და ზედაპირის დაფარვის მეთოდი. მიღებული სილიციუმის კარბიდის სუსპენზია თანაბრად დაიფარა გრაფიტის გამტარი მილის ზედაპირზე 30~50 μm საფარის სისქით ფუნჯით ან შესხურებით დაფარვის მეთოდით, შემდეგ კი მოათავსეს მაღალი ტემპერატურის ღუმელში ადგილზე რეაქციისთვის, რეაქციის ტემპერატურა იყო 1850~2300 ℃, ხოლო სითბოს შენარჩუნება - 2~6 საათი. SiC გარე ფენა შეიძლება გამოყენებულ იქნას 24 ინჩის (60.96 სმ) მონოკრისტალური ზრდის ღუმელში, ხოლო გამოყენების ტემპერატურაა 1500 ℃, და აღმოჩნდა, რომ გრაფიტის გამტარი ცილინდრის ზედაპირზე არ არის ბზარები და ფხვნილის ცვენა 1500 საათის შემდეგ.
1.3 იზოლაციის ცილინდრში გამოყენებისა და კვლევის პროგრესი
მონოკრისტალური სილიციუმის თერმული ველის სისტემის ერთ-ერთი მთავარი კომპონენტის სახით, იზოლაციის ცილინდრი ძირითადად გამოიყენება სითბოს დანაკარგის შესამცირებლად და თერმული ველის გარემოს ტემპერატურის გრადიენტის გასაკონტროლებლად. როგორც ერთკრისტალური ღუმელის შიდა კედლის იზოლაციის ფენის დამხმარე ნაწილი, სილიციუმის ორთქლის კოროზია იწვევს წიდის დაცემას და პროდუქტის ბზარების გაჩენას, რაც საბოლოოდ იწვევს პროდუქტის გაუმართაობას.
C/C-sic კომპოზიტური საიზოლაციო მილის სილიციუმის ორთქლის კოროზიისადმი მდგრადობის კიდევ უფრო გასაუმჯობესებლად, მკვლევარებმა მომზადებული C/C-sic კომპოზიტური საიზოლაციო მილის პროდუქტები ქიმიური ორთქლის რეაქციის ღუმელში მოათავსეს და ქიმიური ორთქლის დალექვის პროცესით C/C-sic კომპოზიტური საიზოლაციო მილის პროდუქტების ზედაპირზე მკვრივი სილიციუმის კარბიდის საფარი მოამზადეს. შედეგები აჩვენებს, რომ ამ პროცესს შეუძლია ეფექტურად შეაფერხოს C/C-sic კომპოზიტის ბირთვზე ნახშირბადის ბოჭკოს კოროზია სილიციუმის ორთქლით, ხოლო სილიციუმის ორთქლის კოროზიისადმი მდგრადობა ნახშირბად/ნახშირბადის კომპოზიტთან შედარებით 5-10-ჯერ იზრდება, ხოლო საიზოლაციო ცილინდრის მომსახურების ვადა და თერმული ველის გარემოს უსაფრთხოება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია.
2. დასკვნა და პერსპექტივა
სილიკონის კარბიდის საფარიმაღალ ტემპერატურაზე დაჟანგვისადმი შესანიშნავი მდგრადობის გამო, ის სულ უფრო ფართოდ გამოიყენება ნახშირბადის/ნახშირბადის თერმული ველის მასალებში. მონოკრისტალური სილიციუმის წარმოებაში გამოყენებული ნახშირბადის/ნახშირბადის თერმული ველის მასალების ზომის ზრდასთან ერთად, თერმული ველის მასალების ზედაპირზე სილიციუმის კარბიდის საფარის ერთგვაროვნების გაუმჯობესებისა და ნახშირბადის/ნახშირბადის თერმული ველის მასალების მომსახურების ვადის გაუმჯობესების საკითხს გადაუდებელი გადაწყვეტა სჭირდება.
მეორე მხრივ, მონოკრისტალური სილიციუმის ინდუსტრიის განვითარებასთან ერთად, მაღალი სისუფთავის ნახშირბადის/ნახშირბადის თერმული ველის მასალებზე მოთხოვნაც იზრდება და რეაქციის დროს შიდა ნახშირბადის ბოჭკოებზე SiC ნანოფიბრებიც იზრდება. ექსპერიმენტებით მომზადებული C/C-ZRC და C/C-sic ZrC კომპოზიტების მასობრივი აბლაციის და წრფივი აბლაციის სიჩქარეები შესაბამისად -0.32 მგ/წმ და 2.57 μm/წმ-ია. C/C-sic -ZrC კომპოზიტების მასობრივი და ხაზოვანი აბლაციის სიჩქარეები შესაბამისად -0.24 მგ/წმ და 1.66 μm/წმ-ია. SiC ნანოფიბრებით C/C-ZRC კომპოზიტებს უკეთესი აბლაციური თვისებები აქვთ. მოგვიანებით, შესწავლილი იქნება სხვადასხვა ნახშირბადის წყაროების გავლენა SiC ნანოფიბრების ზრდაზე და SiC ნანოფიბრების მექანიზმი, რომელიც აძლიერებს C/C-ZRC კომპოზიტების აბლაციურ თვისებებს.
ქიმიური ორთქლის შეღწევადობის პროცესითა და ადგილზე რეაქციით მომზადდა კომპოზიტური საფარით დამზადებული ნახშირბადის/ნახშირბადის კომპოზიტური ტიგანი. კომპოზიტური საფარი შედგებოდა სილიციუმის კარბიდის საფარისგან (100~300μm), სილიციუმის საფარისგან (10~20μm) და სილიციუმის ნიტრიდის საფარისგან (50~100μm), რაც ეფექტურად აფერხებდა სილიციუმის ორთქლის კოროზიას ნახშირბადის/ნახშირბადის კომპოზიტური ტიგანის შიდა ზედაპირზე. წარმოების პროცესში, კომპოზიტური საფარით დაფარული ნახშირბადის/ნახშირბადის კომპოზიტური ტიგანის დანაკარგი ღუმელზე 0.04 მმ-ია, ხოლო ექსპლუატაციის ვადამ შეიძლება ღუმელის დამუშავების 180-ჯერ მიაღწიოს.
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 22 თებერვალი