1 Көмүртек / көмүртек жылуулук талаасынын материалдарында кремний карбидинин каптоосун колдонуу жана изилдөө прогресси
1.1 Тигель даярдоодо колдонуу жана изилдөө прогресси
монокристаллдык термикалык талаада,көмүртек/көмүртек тигелнегизинен кремний материалы үчүн ташуучу идиш катары колдонулат жана менен байланышта болоткварц тигель, 2-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Көмүртек/көмүртек тигелинин иштөө температурасы болжол менен 1450℃, ал катуу кремнийдин (кремний диоксиди) жана кремний буусунун кош эрозиясына дуушар болот, акыры тигел жука болуп калат же шакекче жарака пайда болот, натыйжада тигел иштебей калат.
Композиттик каптоо көмүртек/көмүртек композиттик тигел химиялык буу өткөрүү процесси жана жеринде реакция аркылуу даярдалган. Композиттик каптоо кремний карбид каптоосунан (100 ~ 300μm), кремний каптоодон (10 ~ 20μm) жана кремний нитрид каптоосунан (50 ~ 100μm) турган, бул көмүртектин/көмүртек композиттик тигелинин ички бетиндеги кремний буусунун коррозиясын натыйжалуу токтото алат. Өндүрүш процессинде, композиттик капталган көмүртек / көмүртек композиттик тигелдин жоготуусу мешке 0,04 мм, ал эми кызмат мөөнөтү 180 мешке жетиши мүмкүн.
Изилдөөчүлөр жогорку температурадагы агломерациялоо мешинде чийки зат катары кремний диоксиди жана кремний металлын колдонуп, белгилүү бир температуралык шарттарда жана ташуучу газды коргоодо көмүртек/көмүртек композиттик тигелинин бетинде бирдиктүү кремний карбид каптоосун түзүү үчүн химиялык реакция ыкмасын колдонушкан. Натыйжалар көрсөткөндөй, жогорку температурада дарылоо sic жабуунун тазалыгын жана бекемдигин гана эмес, ошондой эле көмүртек/көмүртек композициясынын бетинин эскирүү туруктуулугун бир топ жакшыртат жана монокристалл кремний мешиндеги SiO буусу жана учуучу кычкылтек атомдору менен тигелдин бетинин коррозиясын алдын алат. Тигельдин иштөө мөөнөтү sic каптоосу жок тигельге салыштырмалуу 20% көбөйдү.
1.2 Агым жетектөөчү түтүктө колдонуу жана изилдөө прогресси
Багыттоочу цилиндр тигелдин үстүндө жайгашкан (1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй). Кристаллды тартуу процессинде талаанын ичиндеги жана сыртындагы температуранын айырмасы чоң, айрыкча түбү эриген кремний материалына эң жакын, температура эң жогору, кремний буусу менен коррозия эң олуттуу.
Изилдөөчүлөр гид түтүк антиоксидант каптоо жана даярдоо ыкмасы жөнөкөй жараянын жана жакшы кычкылданууга каршылык ойлоп табышкан. Биринчиден, кремний карбид мурутун бир катмары жетектөөчү түтүктүн матрицасында өстүрүлгөн, андан кийин тыгыз кремний карбидинин тышкы катмары даярдалган, ошондуктан матрица менен тыгыз кремний карбидинин беттик катмарынын ортосунда SiCw өткөөл катмары пайда болгон, 3-сүрөттө көрсөтүлгөн. Бул жылуулук кеңейүү коэффициентинин дал келбегендигинен келип чыккан жылуулук стрессти эффективдүү азайта алат.
Талдоо көрсөткөндөй, SiCw курамынын көбөйүшү менен каптоодогу жаракалардын өлчөмү жана саны азаят. 1100 ℃ абада 10 саат кычкылдануудан кийин, каптоо үлгүсүнүн салмагын жоготуу ылдамдыгы 0,87% ~ 8,87% гана түзөт, ал эми кремний карбидинин каптоосунун кычкылданууга жана термикалык соккуга туруктуулугу бир топ жакшырды. Бүт даярдоо жараяны химиялык буу менен тынымсыз аяктады, кремний карбид каптоо даярдоо абдан жөнөкөйлөштүрүлгөн, жана бүт сопло комплекстүү аткаруу бекемделет.
Изилдөөчүлөр матрицаны бекемдөө жана czohr монокристалл кремний үчүн графит багыттоочу түтүктүн үстүн жабуу ыкмасын сунушташты. Алынган кремний карбид шламы щетка менен каптоо же спрей менен каптоо ыкмасы менен графит багыттоочу түтүктүн бетине бир калыпта капталган, андан кийин жеринде реакция үчүн жогорку температурадагы мешке коюлган, реакциянын температурасы 1850 ~ 2300 ℃ жана жылуулукту сактоо 26 саат болгон. SiC сырткы катмарын 24 дюймдук (60,96 см) бир кристалл өстүрүүчү меште колдонсо болот жана колдонуу температурасы 1500 ℃ жана 1500 сааттан кийин графит багыттоочу цилиндрдин бетинде эч кандай жарылып, кулап түшкөн порошок жок экени аныкталган.
1.3 Изоляциялык цилиндрде колдонуу жана изилдөө прогресси
монокристаллдуу кремний жылуулук талаа системасынын негизги компоненттеринин бири катары, жылуулоо цилиндр негизинен жылуулук жоготууларды азайтуу жана жылуулук талаа чөйрөнүн температура градиентти көзөмөлдөө үчүн колдонулат. Монокристаллдуу мештин ички дубалынын жылуулоочу катмарынын колдоочу бөлүгү катары кремний буусунун коррозиясы шлактын түшүшүнө жана буюмдун жаракаланышына алып келет, бул акыры продуктунун бузулушуна алып келет.
C/C-sic композит изоляциялык түтүктүн кремний буусунун коррозияга туруктуулугун андан ары жогорулатуу үчүн, изилдөөчүлөр даярдалган C/C-sic композит изоляциялык түтүк продуктыларын химиялык буу реакциясынын мешине салып, C/C-sic композит изоляциялык түтүктүн продуктуларынын бетине тыгыз кремний карбид каптоосун даярдашты. Натыйжалар көрсөткөндөй, процесс кремний буусу менен C / C-sic композициясынын өзөгүндө көмүртек буласынын коррозиясын натыйжалуу тоскоол кыла алат жана кремний буусунун коррозияга туруктуулугу көмүртек / көмүртек композициясына салыштырмалуу 5-10 эсеге көбөйөт жана жылуулоо цилиндринин кызмат мөөнөтү жана жылуулук талаасынын чөйрөсүнүн коопсуздугу абдан жакшыртылды.
2. Корутунду жана келечек
Кремний карбид каптоокөмүртек/көмүртек жылуулук талаасынын материалдарында жогорку температурада кычкылданууга эң сонун каршылык көрсөткөндүктөн улам көбүрөөк колдонулат. Моноккристаллдык кремний өндүрүүдө колдонулган көмүртек / көмүртек жылуулук талаасынын материалдарынын көлөмүнүн өсүшү менен, жылуулук талаасынын материалдарынын бетинде кремний карбидинин каптоосунун бирдейлигин кантип жакшыртуу жана көмүртек / көмүртек жылуулук талаасынын материалдарынын кызмат мөөнөтүн жакшыртуу маселеси чечиле турган актуалдуу маселе болуп калды.
Башка жагынан алып караганда, монокристаллдуу кремний өнөр жайынын өнүгүшү менен, жогорку таза көмүртек / көмүртек жылуулук талаа материалдарына суроо-талап да өсүп жатат, ошондой эле SiC nanfibers да реакция учурунда ички көмүр булаларында өстүрүлөт. Эксперимент аркылуу даярдалган C/ C-ZRC жана C/ C-sic ZrC композиттеринин массалык абляциясы жана сызыктуу абляция ылдамдыгы тиешелүүлүгүнө жараша -0,32 мг/с жана 2,57 мкм/с. C/ C-sic -ZrC композиттеринин массалык жана сызык абляция ылдамдыгы тиешелүүлүгүнө жараша -0,24мг/с жана 1,66 мкм/с. SiC нанобулалуу C/C-ZRC композиттери абляциялык касиетке ээ. Кийинчерээк, ар кандай көмүртек булактарынын SiC нанобулаларынын өсүшүнө тийгизген таасири жана C/C-ZRC композиттеринин абляциялык касиеттерин күчөтүүчү SiC нанобулаларынын механизми изилденет.
Композиттик каптоо көмүртек/көмүртек композиттик тигел химиялык буу өткөрүү процесси жана жеринде реакция аркылуу даярдалган. Композиттик каптоо кремний карбид каптоосунан (100 ~ 300μm), кремний каптоодон (10 ~ 20μm) жана кремний нитрид каптоосунан (50 ~ 100μm) турган, бул көмүртектин/көмүртек композиттик тигелинин ички бетиндеги кремний буусунун коррозиясын натыйжалуу токтото алат. Өндүрүш процессинде, композиттик капталган көмүртек / көмүртек композиттик тигелдин жоготуусу мешке 0,04 мм, ал эми кызмат мөөнөтү 180 мешке жетиши мүмкүн.
Посттун убактысы: 22-февраль 2024-ж