1 Silicio karbido dangos taikymas ir tyrimų pažanga anglies/anglies terminio lauko medžiagose
1.1 Tiglio paruošimo taikymas ir tyrimų pažanga
Monokristalio šiluminiame laukeanglies/anglies tiglisdaugiausia naudojamas kaip silicio medžiagos nešiklis ir liečiasi sukvarcinis tiglis, kaip parodyta 2 paveiksle. Anglies/anglies tiglio darbo temperatūra yra apie 1450 ℃, dėl kurios vyksta dviguba kietojo silicio (silicio dioksido) ir silicio garų erozija, ir galiausiai tiglis suplonėja arba įtrūksta žiedu, dėl ko tiglis sugenda.
Kompozitine danga padengtas anglies/anglies kompozitinis tiglis buvo pagamintas cheminio garų prasiskverbimo proceso ir in-situ reakcijos būdu. Kompozitinė danga sudaryta iš silicio karbido dangos (100–300 μm), silicio dangos (10–20 μm) ir silicio nitrido dangos (50–100 μm), kurios veiksmingai slopina silicio garų koroziją ant vidinio anglies/anglies kompozitinio tiglio paviršiaus. Gamybos procese kompozitine danga padengto anglies/anglies kompozitinio tiglio nuostoliai yra 0,04 mm per krosnį, o tarnavimo laikas gali siekti 180 krosnies kartų.
Tyrėjai, esant tam tikroms temperatūros sąlygoms ir apsaugant nešiklio dujomis, aukštos temperatūros sukepinimo krosnyje naudodami silicio dioksidą ir silicio metalą kaip žaliavas, cheminės reakcijos metodu sukūrė vienodą silicio karbido dangą ant anglies/anglies kompozito tiglio paviršiaus. Rezultatai rodo, kad apdorojimas aukštoje temperatūroje ne tik pagerina silicio dangos grynumą ir stiprumą, bet ir labai pagerina anglies/anglies kompozito paviršiaus atsparumą dilimui bei apsaugo tiglio paviršių nuo SiO2 garų ir lakiųjų deguonies atomų monokristalinėje silicio krosnyje. Tiglio tarnavimo laikas pailgėja 20 %, palyginti su tigliu be silicio dangos.
1.2 Srauto kreipiamojo vamzdžio taikymas ir tyrimų pažanga
Kreipiamasis cilindras yra virš tiglio (kaip parodyta 1 paveiksle). Kristalų traukimo procese tempimo lauko viduje ir išorėje yra didelis temperatūrų skirtumas, ypač apatinis paviršius yra arčiausiai išlydytos silicio medžiagos, temperatūra yra aukščiausia, o silicio garų korozija yra rimčiausia.
Tyrėjai išrado paprastą ir gerą oksidacijos atsparumą užtikrinantį kreipiamojo vamzdžio antioksidacinės dangos bei paruošimo būdą. Pirma, ant kreipiamojo vamzdžio matricos buvo in situ auginamas silicio karbido „ūso“ sluoksnis, o tada paruoštas tankus silicio karbido išorinis sluoksnis, kad tarp matricos ir tankaus silicio karbido paviršiaus sluoksnio susidarytų SiCw pereinamasis sluoksnis, kaip parodyta 3 paveiksle. Tarp matricos ir silicio karbido buvo nustatytas šiluminio plėtimosi koeficientas. Tai gali efektyviai sumažinti šiluminį įtempį, kurį sukelia šiluminio plėtimosi koeficiento neatitikimas.
Analizė rodo, kad didėjant SiCw kiekiui, dangos įtrūkimų dydis ir skaičius mažėja. Po 10 val. oksidacijos 1100 ℃ temperatūros ore dangos mėginio svorio netekimo greitis yra tik 0,87–8,87 %, o silicio karbido dangos atsparumas oksidacijai ir terminiam smūgiui labai pagerėja. Visas paruošimo procesas atliekamas nuolat cheminiu garų nusodinimu, todėl silicio karbido dangos paruošimas labai supaprastėja, o viso antgalio veikimo charakteristikos pagerėja.
Tyrėjai pasiūlė grafito kreipiamojo vamzdžio matricos stiprinimo ir paviršiaus padengimo metodą, skirtą czohr monokristaliniam siliciui. Gautas silicio karbido mišinys buvo tolygiai padengtas grafito kreipiamojo vamzdžio paviršiumi 30–50 μm storio danga, naudojant teptuko arba purškimo metodą, ir po to patalpintas į aukštos temperatūros krosnį in-situ reakcijai, kurioje reakcijos temperatūra buvo 1850–2300 ℃, o šilumos išlaikymas – 2–6 val. Išorinis SiC sluoksnis gali būti naudojamas 24 colių (60,96 cm3) monokristalų auginimo krosnyje, o naudojimo temperatūra yra 1500 ℃. Nustatyta, kad po 1500 val. grafito kreipiamojo cilindro paviršiuje neatsiranda įtrūkimų ir miltelių.
1.3 Izoliacinio cilindro taikymas ir tyrimų pažanga
Izoliacinis cilindras, kaip vienas iš pagrindinių monokristalinio silicio terminio lauko sistemos komponentų, daugiausia naudojamas šilumos nuostoliams mažinti ir terminio lauko aplinkos temperatūros gradientui kontroliuoti. Kaip monokristalinės krosnies vidinės sienelės izoliacijos sluoksnio atraminė dalis, silicio garų korozija sukelia šlako kritimą ir gaminio įtrūkimą, o tai galiausiai lemia gaminio gedimą.
Siekdami dar labiau padidinti C/C-sic kompozicinio izoliacinio vamzdžio atsparumą silicio garų korozijai, tyrėjai paruoštus C/C-sic kompozicinio izoliacinio vamzdžio gaminius įdėjo į cheminės garų reakcijos krosnį ir cheminio garų nusodinimo būdu ant C/C-sic kompozicinio izoliacinio vamzdžio gaminių paviršiaus paruošė tankią silicio karbido dangą. Rezultatai rodo, kad šis procesas gali veiksmingai slopinti anglies pluošto koroziją ant C/C-sic kompozito šerdies silicio garais, o silicio garų atsparumas korozijai padidėja 5–10 kartų, palyginti su anglies/anglies kompozitu, o izoliacinio cilindro tarnavimo laikas ir terminio lauko aplinkos saugumas labai pagerėja.
2. Išvada ir perspektyva
Silicio karbido dangadėl puikaus atsparumo oksidacijai aukštoje temperatūroje jis vis plačiau naudojamas anglies/anglies terminio lauko medžiagose. Didėjant monokristalinio silicio gamyboje naudojamų anglies/anglies terminio lauko medžiagų dydžiui, silicio karbido dangos vienodumo ant terminio lauko medžiagų paviršiaus pagerinimas ir anglies/anglies terminio lauko medžiagų tarnavimo laiko pailginimas tapo neatidėliotina problema, kurią reikia išspręsti.
Kita vertus, vystantis monokristalinio silicio pramonei, didėja ir didelio grynumo anglies/anglies terminio lauko medžiagų poreikis, o reakcijos metu ant vidinių anglies pluoštų auginami ir SiC nanopluoštai. Eksperimentiškai paruoštų C/C-ZRC ir C/C-sic ZrC kompozitų masės ir linijinės abliacijos greičiai yra atitinkamai -0,32 mg/s ir 2,57 μm/s. C/C-sic-ZrC kompozitų masės ir linijinės abliacijos greičiai yra atitinkamai -0,24 mg/s ir 1,66 μm/s. C/C-ZRC kompozitai su SiC nanopluoštais pasižymi geresnėmis abliacinėmis savybėmis. Vėliau bus tiriamas skirtingų anglies šaltinių poveikis SiC nanopluoštų augimui ir SiC nanopluoštų mechanizmas, sustiprinantis C/C-ZRC kompozitų abliacines savybes.
Kompozitine danga padengtas anglies/anglies kompozitinis tiglis buvo pagamintas cheminio garų prasiskverbimo proceso ir in-situ reakcijos būdu. Kompozitinė danga sudaryta iš silicio karbido dangos (100–300 μm), silicio dangos (10–20 μm) ir silicio nitrido dangos (50–100 μm), kurios veiksmingai slopina silicio garų koroziją ant vidinio anglies/anglies kompozitinio tiglio paviršiaus. Gamybos procese kompozitine danga padengto anglies/anglies kompozitinio tiglio nuostoliai yra 0,04 mm per krosnį, o tarnavimo laikas gali siekti 180 krosnies kartų.
Įrašo laikas: 2024 m. vasario 22 d.