1 Көміртекті/көміртекті жылу өрісі материалдарында кремний карбиді жабындарын қолдану және зерттеу барысы
1.1 Тигельді дайындаудағы қолдану және зерттеу барысы
Монокристалды термиялық өрістекөміртекті/көміртекті тигельнегізінен кремний материалын тасымалдаушы ыдыс ретінде пайдаланылады және онымен байланыста боладыкварц тигель, 2-суретте көрсетілгендей. Көміртекті/көміртекті тигельдің жұмыс температурасы шамамен 1450℃, ол қатты кремнийдің (кремний диоксиді) және кремний буының қосарланған эрозиясына ұшырайды, ақырында тигель жұқа болады немесе сақиналы жарықшаққа ие болады, нәтижесінде тигель істен шығады.
Композиттік жабын көміртекті/көміртекті композитті тигель химиялық бу өткізу процесі және in-situ реакциясы арқылы дайындалды. Композиттік жабын кремний карбиді жабынынан (100~300мкм), кремний жабынынан (10~20мкм) және кремний нитриді жабынынан (50~100мкм) тұрды, бұл көміртек/көміртекті композициялық тигельдің ішкі бетіндегі кремний буының коррозиясын тиімді тежей алады. Өндіріс процесінде композиттік қапталған көміртекті/көміртекті композитті тигельді жоғалту пешке 0,04 мм құрайды, ал қызмет ету мерзімі 180 пеш уақытына жетуі мүмкін.
Зерттеушілер жоғары температуралы агломерациялық пеште шикізат ретінде кремний диоксиді мен кремний металын пайдалана отырып, белгілі бір температуралық жағдайларда және тасымалдаушы газды қорғау кезінде көміртекті/көміртекті композициялық тигельдің бетінде біркелкі кремний карбиді жабынын жасау үшін химиялық реакция әдісін қолданды. Нәтижелер көрсеткендей, жоғары температурада өңдеу sic жабынының тазалығы мен беріктігін жақсартып қана қоймайды, сонымен қатар көміртекті/көміртекті композит бетінің тозуға төзімділігін айтарлықтай жақсартады және монокристалды кремний пешіндегі SiO буымен және ұшқыш оттегі атомдарымен тигель бетінің коррозиясын болдырмайды. Тигельдің қызмет ету мерзімі жабыны жоқ тигельмен салыстырғанда 20%-ға артады.
1.2 Ағынды бағыттаушы түтіктегі қолдану және зерттеу барысы
Бағыттаушы цилиндр тигельдің үстінде орналасқан (1-суретте көрсетілгендей). Кристалды тарту процесінде өрістің ішіндегі және сыртындағы температура айырмашылығы үлкен, әсіресе төменгі беті балқытылған кремний материалына жақын, температура ең жоғары, кремний буымен коррозия ең ауыр.
Зерттеушілер қарапайым процесті және бағыттаушы түтіктің тотығуға қарсы жабынының жақсы тотығуға төзімділігін және дайындау әдісін ойлап тапты. Алдымен бағыттаушы түтіктің матрицасында кремний карбиді мұртының қабаты in-situ өсірілді, содан кейін тығыз кремний карбидінің сыртқы қабаты дайындалды, осылайша матрица мен тығыз кремний карбидінің беткі қабаты арасында SiCw өтпелі қабаты пайда болды, 3-суретте көрсетілгендей. Термиялық кеңею коэффициенті кремний матрибиді мен карбид арасындағы болды. Ол термиялық кеңею коэффициентінің сәйкес келмеуінен туындаған жылу кернеуін тиімді төмендете алады.
Талдау көрсеткендей, SiCw мөлшерінің жоғарылауымен жабындағы жарықтар мөлшері мен саны азаяды. 1100 ℃ ауада 10 сағат тотығудан кейін жабын үлгісінің салмақ жоғалту жылдамдығы тек 0,87% ~ 8,87% құрайды, ал кремний карбиді жабынының тотығуға төзімділігі мен термиялық соққыға төзімділігі айтарлықтай жақсарады. Бүкіл дайындық процесі химиялық буларды тұндыру арқылы үздіксіз аяқталады, кремний карбиді жабынын дайындау айтарлықтай жеңілдетілді және бүкіл саптаманың жан-жақты өнімділігі күшейтіледі.
Зерттеушілер монокристалды кремнийге арналған графит бағыттаушы түтіктің бетін жабу және матрицаны нығайту әдісін ұсынды. Алынған кремний карбиді суспензиясы щеткамен жабын немесе бүріккіш жабын әдісімен қалыңдығы 30~50 мкм графит бағыттаушы түтіктің бетіне біркелкі қапталды, содан кейін жердегі реакция үшін жоғары температуралы пешке орналастырылды, реакция температурасы 1850 ~ 2300 ℃ болды, ал сақтау температурасы 26 сағат болды. SiC сыртқы қабатын 24 дюймдік (60,96 см) бір кристалды өсіретін пеште қолдануға болады және пайдалану температурасы 1500 ℃ және 1500 сағаттан кейін графит бағыттаушы цилиндрдің бетінде крекинг және құлау ұнтағы жоқ екені анықталды.
1.3 Оқшаулағыш цилиндрдегі қолдану және зерттеу барысы
Монокристалды кремнийдің жылу өрісі жүйесінің негізгі компоненттерінің бірі ретінде оқшаулағыш цилиндр негізінен жылу жоғалуын азайту және жылу өрісі ортасының температуралық градиентін бақылау үшін қолданылады. Монокристалды пештің ішкі қабырғасының оқшаулау қабатының тірек бөлігі ретінде кремний буының коррозиясы шлактардың түсуіне және өнімнің жарылуына әкеледі, бұл ақыр соңында өнімнің істен шығуына әкеледі.
C/C-sic композиттік оқшаулау түтігінің кремний буының коррозияға төзімділігін одан әрі арттыру үшін зерттеушілер дайындалған C/C-sic композиттік оқшаулағыш түтік өнімдерін химиялық бу реакциясы пешіне салып, C/C-sic композиттік оқшаулағыш түтік өнімдерінің бетіне химиялық булану процесі арқылы тығыз кремний карбиді жабынын дайындады. Нәтижелер көрсеткендей, процесс кремний буымен C/C-sic композитінің өзегіндегі көміртекті талшықтың коррозиясын тиімді тежей алады, ал кремний буының коррозияға төзімділігі көміртекті/көміртекті композитпен салыстырғанда 5-10 есе артады, ал оқшаулау цилиндрінің қызмет ету мерзімі және жылу өрісінің қауіпсіздігі айтарлықтай жақсарды.
2. Қорытынды және перспектива
Кремний карбиді жабыныжоғары температурада тамаша тотығуға төзімділігіне байланысты көміртекті/көміртекті жылу өрісі материалдарында кеңінен қолданылады. Монокристалды кремний өндірісінде қолданылатын көміртекті/көміртекті жылу өрісі материалдарының көлемінің ұлғаюымен жылу өрісі материалдарының бетіндегі кремний карбиді жабынының біркелкілігін қалай жақсарту және көміртекті/көміртекті жылу өрісі материалдарының қызмет ету мерзімін жақсарту шешімін күткен өзекті мәселеге айналды.
Екінші жағынан, монокристалды кремний өнеркәсібінің дамуымен жоғары таза көміртекті/көміртекті жылу өрісі материалдарына сұраныс артып келеді және SiC наноталшықтары реакция кезінде ішкі көміртекті талшықтарда да өсіріледі. Тәжірибе арқылы дайындалған C/ C-ZRC және C/ C-sic ZrC композиттерінің массалық абляциясы және сызықтық абляция жылдамдығы сәйкесінше -0,32 мг/с және 2,57 мкм/с құрайды. C/ C-sic -ZrC композиттерінің массалық және сызықтық абляция жылдамдығы сәйкесінше -0,24 мг/с және 1,66 мкм/с құрайды. SiC наноталшықтары бар C/C-ZRC композиттері абляциялық қасиеттерге ие. Кейінірек әртүрлі көміртек көздерінің SiC наноталшықтарының өсуіне әсері және C/C-ZRC композиттерінің абляциялық қасиеттерін күшейтетін SiC наноталшықтарының механизмі зерттелетін болады.
Композиттік жабын көміртекті/көміртекті композитті тигель химиялық бу өткізу процесі және in-situ реакциясы арқылы дайындалды. Композиттік жабын кремний карбиді жабынынан (100~300мкм), кремний жабынынан (10~20мкм) және кремний нитриді жабынынан (50~100мкм) тұрды, бұл көміртек/көміртекті композициялық тигельдің ішкі бетіндегі кремний буының коррозиясын тиімді тежей алады. Өндіріс процесінде композиттік қапталған көміртекті/көміртекті композитті тигельді жоғалту пешке 0,04 мм құрайды, ал қызмет ету мерзімі 180 пеш уақытына жетуі мүмкін.
Хабарлама уақыты: 22 ақпан 2024 ж