1 Көмүртек/көмүртек термикалык талаа материалдарында кремний карбидинин каптоосун колдонуу жана изилдөөнүн жүрүшү
1.1 Тигельди даярдоодо колдонуу жана изилдөөнүн жүрүшү
Монокристаллдык жылуулук талаасында,көмүртек/көмүртек тигелинегизинен кремний материалын ташуучу идиш катары колдонулат жана байланышта болоткварц тигели, 2-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Көмүртек/көмүртек тигели менен иштөө температурасы болжол менен 1450℃, ал катуу кремнийдин (кремний диоксиди) жана кремний буусунун кош эрозиясына дуушар болот, акырында тигель жука болуп калат же шакекче сымал жарака кетет, натыйжада тигель иштебей калат.
Композиттик каптоо көмүртек/көмүртек композиттик тигели химиялык буу өткөргүчтүк процесси жана жер-жерлерде реакция аркылуу даярдалган. Композиттик каптоо кремний карбиддик каптоодон (100~300 мкм), кремний каптоодон (10~20 мкм) жана кремний нитриддик каптоодон (50~100 мкм) турган, бул көмүртек/көмүртек композиттик тигели ички бетиндеги кремний буусунун дат басуусун натыйжалуу басаңдата алат. Өндүрүш процессинде композиттик каптоо көмүртек/көмүртек композиттик тигели ар бир меште 0,04 мм жоготуу менен мештин иштөө мөөнөтү 180 эсеге жетиши мүмкүн.
Изилдөөчүлөр белгилүү бир температура шарттарында көмүртек/көмүртек композиттик тигельдин бетинде бирдей кремний карбидинин каптоосун түзүү жана ташуучу газды коргоо үчүн химиялык реакция ыкмасын колдонушкан, жогорку температурадагы бышыруу мешинде чийки зат катары кремний диоксидин жана кремний металлын колдонушкан. Жыйынтыктар көрсөткөндөй, жогорку температурада иштетүү sic каптоосунун тазалыгын жана бекемдигин гана жакшыртпастан, көмүртек/көмүртек композитинин бетинин эскирүүгө туруктуулугун да бир топ жакшыртат жана монокристаллдык кремний мешиндеги SiO2 буусу жана учуучу кычкылтек атомдору менен тигельдин бетинин дат басышына жол бербейт. Тигельдин кызмат мөөнөтү sic каптоосуз тигельге салыштырмалуу 20% га жогорулаган.
1.2 Агым жетектөөчү түтүкчөсүндөгү колдонуу жана изилдөөнүн жүрүшү
Жетектөөчү цилиндр тигельдин үстүндө жайгашкан (1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй). Кристаллды тартуу процессинде талаанын ичиндеги жана сыртындагы температуранын айырмасы чоң, айрыкча, түбүнүн бети эриген кремний материалына эң жакын, температура эң жогорку жана кремний буусунун коррозиясы эң олуттуу.
Изилдөөчүлөр жетектөөчү түтүктүн кычкылданууга каршы каптоосунун жана даярдоо ыкмасынын жөнөкөй процессин жана жакшы кычкылданууга туруктуулугун ойлоп табышкан. Алгач, жетектөөчү түтүктүн матрицасына кремний карбидинин мурутунун катмары өстүрүлүп, андан кийин тыгыз кремний карбидинин сырткы катмары даярдалган, ошентип, 3-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, матрица менен тыгыз кремний карбидинин беттик катмарынын ортосунда SiCw өткөөл катмары пайда болгон. Жылуулук кеңейүү коэффициенти матрица менен кремний карбидинин ортосунда болгон. Ал жылуулук кеңейүү коэффициентинин дал келбестигинен келип чыккан жылуулук чыңалууну натыйжалуу түрдө азайта алат.
Анализ көрсөткөндөй, SiCw курамынын көбөйүшү менен каптамадагы жаракалардын өлчөмү жана саны азаят. 1100 ℃ абада 10 саат кычкылдангандан кийин, каптама үлгүсүнүн салмак жоготуу ылдамдыгы болгону 0,87% ~ 8,87% түзөт, ал эми кремний карбид каптамасынын кычкылданууга туруктуулугу жана термикалык соккуга туруктуулугу бир топ жакшырат. Бүт даярдоо процесси химиялык буу менен үзгүлтүксүз аяктайт, кремний карбид каптамасын даярдоо бир топ жөнөкөйлөтүлөт жана бүтүндөй соплонун комплекстүү иштеши күчөтүлөт.
Изилдөөчүлөр чер монокристалл кремнийи үчүн графит жетектөөчү түтүктүн матрицасын бекемдөө жана бетин каптоо ыкмасын сунушташкан. Алынган кремний карбидинин аралашмасы графит жетектөөчү түтүктүн бетине 30-50 мкм калыңдыктагы каптоо менен щетка менен каптоо же чачыратуу менен каптоо ыкмасы менен бирдей капталган, андан кийин in-situ реакциясы үчүн жогорку температурадагы мешке салынган, реакциянын температурасы 1850-2300 ℃, ал эми жылуулукту сактоо 2-6 саат болгон. SiC сырткы катмарын 24 дюймдук (60,96 см) монокристаллдык өстүрүү мешинде колдонсо болот, колдонуу температурасы 1500 ℃, жана 1500 сааттан кийин графит жетектөөчү цилиндрдин бетинде жарылуу жана порошок түшпөй тургандыгы аныкталган.
1.3 Изоляциялык цилиндрдеги колдонуу жана изилдөөнүн жүрүшү
Монокристаллдык кремний жылуулук талаасынын системасынын негизги компоненттеринин бири катары, изоляция цилиндри негизинен жылуулук жоготуусун азайтуу жана жылуулук талаасынын чөйрөсүнүн температура градиентин көзөмөлдөө үчүн колдонулат. Монокристаллдык мештин ички дубалынын изоляция катмарынын таяныч бөлүгү катары кремний буусунун коррозиясы шлактын түшүп кетишине жана продукциянын жарылышына алып келет, бул акыры продукциянын бузулушуна алып келет.
C/C-sic композиттик изоляция түтүгүнүн кремний буусунун коррозияга туруктуулугун андан ары жогорулатуу максатында, изилдөөчүлөр даярдалган C/C-sic композиттик изоляция түтүкчөсүнүн продукцияларын химиялык буу реакция мешине салып, химиялык буу чөктүрүү процесси менен C/C-sic композиттик изоляция түтүкчөсүнүн продукцияларынын бетине тыгыз кремний карбидинин каптоосун даярдашкан. Жыйынтыктар көрсөткөндөй, бул процесс кремний буусу менен C/C-sic композитинин өзөгүндөгү көмүртек буласынын коррозиясын натыйжалуу токтото алат жана кремний буусунун коррозияга туруктуулугу көмүртек/көмүртек композитине салыштырмалуу 5тен 10 эсеге чейин жогорулайт, ошондой эле изоляция цилиндринин кызмат мөөнөтү жана жылуулук талаасынын коопсуздугу бир топ жакшырат.
2. Корутунду жана келечек
Кремний карбидинин каптамасыжогорку температурада кычкылданууга эң сонун туруктуулугунан улам көмүртек/көмүртек термикалык талаасынын материалдарында барган сайын кеңири колдонулуп келет. Монокристаллдык кремний өндүрүшүндө колдонулган көмүртек/көмүртек термикалык талаасынын материалдарынын көлөмүнүн өсүшү менен, термикалык талаасынын материалдарынын бетиндеги кремний карбидинин каптоосунун бирдейлигин кантип жакшыртуу жана көмүртек/көмүртек термикалык талаасынын материалдарынын кызмат мөөнөтүн жакшыртуу чечилиши керек болгон актуалдуу маселеге айланды.
Башка жагынан алганда, монокристаллдык кремний өнөр жайынын өнүгүшү менен жогорку тазалыктагы көмүртек/көмүртек термикалык талаа материалдарына болгон суроо-талап да өсүп жатат жана реакция учурунда ички көмүртек булаларында SiC нано булалары да өстүрүлөт. Эксперимент аркылуу даярдалган C/C-ZRC жана C/C-sic ZrC композиттеринин массалык абляция жана сызыктуу абляция ылдамдыктары тиешелүүлүгүнө жараша -0,32 мг/с жана 2,57 мкм/с түзөт. C/C-sic-ZrC композиттеринин массалык жана сызыктуу абляция ылдамдыктары тиешелүүлүгүнө жараша -0,24 мг/с жана 1,66 мкм/с түзөт. SiC нано булалары бар C/C-ZRC композиттери жакшыраак абляциялык касиеттерге ээ. Кийинчерээк SiC нано булаларынын өсүшүнө ар кандай көмүртек булактарынын таасири жана SiC нано булаларынын C/C-ZRC композиттеринин абляциялык касиеттерин күчөтүү механизми изилденет.
Композиттик каптоо көмүртек/көмүртек композиттик тигели химиялык буу өткөргүчтүк процесси жана жер-жерлерде реакция аркылуу даярдалган. Композиттик каптоо кремний карбиддик каптоодон (100~300 мкм), кремний каптоодон (10~20 мкм) жана кремний нитриддик каптоодон (50~100 мкм) турган, бул көмүртек/көмүртек композиттик тигели ички бетиндеги кремний буусунун дат басуусун натыйжалуу басаңдата алат. Өндүрүш процессинде композиттик каптоо көмүртек/көмүртек композиттик тигели ар бир меште 0,04 мм жоготуу менен мештин иштөө мөөнөтү 180 эсеге жетиши мүмкүн.
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 22-февралы