1 Silīcija karbīda pārklājuma pielietojums un pētniecības progress oglekļa/oglekļa termiskā lauka materiālos
1.1 Tīģeļa sagatavošanas pielietojums un pētniecības progress
Monokristāla termiskajā laukāoglekļa/ogles tīģelisgalvenokārt tiek izmantots kā silīcija materiāla nesējtrauks un saskaras arkvarca tīģelis, kā parādīts 2. attēlā. Oglekļa/oglekļa tīģeļa darba temperatūra ir aptuveni 1450 ℃, kas tiek pakļauta cietā silīcija (silīcija dioksīda) un silīcija tvaiku dubultai erozijai, un visbeidzot tīģelis kļūst plāns vai tajā ir gredzenveida plaisa, kā rezultātā tīģelis sabojājas.
Ar ķīmiskās tvaika caurlaidības procesu un in-situ reakciju tika izgatavots kompozītmateriāla pārklājuma oglekļa/oglekļa kompozītmateriāla tīģelis. Kompozītmateriāla pārklājums sastāvēja no silīcija karbīda pārklājuma (100~300μm), silīcija pārklājuma (10~20μm) un silīcija nitrīda pārklājuma (50~100μm), kas efektīvi kavē silīcija tvaiku koroziju uz oglekļa/oglekļa kompozītmateriāla tīģeļa iekšējās virsmas. Ražošanas procesā ar kompozītmateriāla pārklājumu pārklātā oglekļa/oglekļa kompozītmateriāla tīģeļa zudumi ir 0,04 mm uz krāsni, un kalpošanas laiks var sasniegt 180 krāsns reizes.
Pētnieki izmantoja ķīmiskās reakcijas metodi, lai noteiktos temperatūras apstākļos un nesējgāzes aizsardzībā, izmantojot silīcija dioksīdu un silīcija metālu kā izejvielas augstas temperatūras saķepināšanas krāsnī, ģenerētu vienmērīgu silīcija karbīda pārklājumu uz oglekļa/oglekļa kompozītmateriāla tīģeļa virsmas. Rezultāti liecina, ka augstas temperatūras apstrāde ne tikai uzlabo silīcija pārklājuma tīrību un izturību, bet arī ievērojami uzlabo oglekļa/oglekļa kompozītmateriāla virsmas nodilumizturību un novērš tīģeļa virsmas koroziju SiO2 tvaiku un gaistošu skābekļa atomu ietekmē monokristāla silīcija krāsnī. Tīģeļa kalpošanas laiks ir palielināts par 20% salīdzinājumā ar tīģeli bez silīcija pārklājuma.
1.2 Plūsmas vadotnes caurules pielietojums un pētniecības progress
Vadošais cilindrs atrodas virs tīģeļa (kā parādīts 1. attēlā). Kristāla vilkšanas procesā temperatūras starpība starp lauka iekšpusi un ārpusi ir liela, īpaši apakšējā virsma ir vistuvāk izkausētajam silīcija materiālam, temperatūra ir visaugstākā, un visnopietnākā ir korozija ar silīcija tvaikiem.
Pētnieki izgudroja vienkāršu procesu un labu oksidēšanās izturību pret vadotnes caurules antioksidācijas pārklājuma un sagatavošanas metodi. Vispirms uz vadotnes caurules matricas tika uzaudzēts silīcija karbīda ūsu slānis, un pēc tam tika sagatavots blīvs silīcija karbīda ārējais slānis, lai starp matricu un blīvo silīcija karbīda virsmas slāni izveidotu SiCw pārejas slāni, kā parādīts 3. attēlā. Termiskās izplešanās koeficients starp matricu un silīcija karbīdu bija vienāds. Tas var efektīvi samazināt termisko spriegumu, ko rada termiskās izplešanās koeficienta neatbilstība.
Analīze rāda, ka, palielinoties SiCw saturam, pārklājuma plaisu izmērs un skaits samazinās. Pēc 10 stundu oksidēšanās 1100 ℃ gaisa temperatūrā pārklājuma parauga svara zuduma ātrums ir tikai 0,87% ~ 8,87%, un ievērojami uzlabojas silīcija karbīda pārklājuma oksidēšanās izturība un termiskā trieciena izturība. Viss sagatavošanas process tiek veikts nepārtraukti, izmantojot ķīmisko tvaiku pārklāšanu, ievērojami vienkāršojot silīcija karbīda pārklājuma sagatavošanu un uzlabojot visas sprauslas visaptverošo veiktspēju.
Pētnieki ierosināja grafīta vadotnes caurules matricas stiprināšanas un virsmas pārklāšanas metodi czohr monokristāla silīcijam. Iegūtā silīcija karbīda suspensija tika vienmērīgi pārklāta ar grafīta vadotnes caurules virsmu ar 30–50 μm biezu pārklājumu, izmantojot otu vai izsmidzināšanas metodi, un pēc tam ievietota augstas temperatūras krāsnī in-situ reakcijai, reakcijas temperatūrai esot 1850–2300 ℃, un siltuma saglabāšanai esot 2–6 stundām. SiC ārējo slāni var izmantot 24 collu (60,96 cm3) monokristāla augšanas krāsnī, un lietošanas temperatūrai esot 1500 ℃, tika konstatēts, ka pēc 1500 stundām uz grafīta vadotnes cilindra virsmas neveidojas plaisāšana un pulverveida nogulsnes.
1.3 Izolācijas cilindru pielietojums un pētniecības progress
Kā viena no monokristāliskā silīcija termiskā lauka sistēmas galvenajām sastāvdaļām, izolācijas cilindrs galvenokārt tiek izmantots, lai samazinātu siltuma zudumus un kontrolētu termiskā lauka vides temperatūras gradientu. Kā monokristāla krāsns iekšējās sienas izolācijas slāņa atbalsta daļa, silīcija tvaiku korozija noved pie izdedžu krišanas un produkta plaisāšanas, kas galu galā noved pie produkta bojājuma.
Lai vēl vairāk uzlabotu C/C-sic kompozītmateriāla izolācijas caurules silīcija tvaiku korozijas izturību, pētnieki ievietoja sagatavotos C/C-sic kompozītmateriāla izolācijas cauruļu izstrādājumus ķīmiskās tvaiku reakcijas krāsnī un, izmantojot ķīmiskās tvaiku uzklāšanas procesu, uz C/C-sic kompozītmateriāla izolācijas cauruļu izstrādājumu virsmas izveidoja blīvu silīcija karbīda pārklājumu. Rezultāti liecina, ka šis process var efektīvi kavēt oglekļa šķiedras koroziju uz C/C-sic kompozītmateriāla serdes ar silīcija tvaiku palīdzību, un silīcija tvaiku korozijas izturība ir 5 līdz 10 reizes lielāka nekā oglekļa/oglekļa kompozītmateriālam, kā arī ievērojami uzlabojas izolācijas cilindra kalpošanas laiks un termiskā lauka vides drošība.
2. Secinājums un perspektīva
Silīcija karbīda pārklājumsarvien plašāk tiek izmantots oglekļa/oglekļa termolauka materiālos, pateicoties tā lieliskajai oksidēšanās izturībai augstā temperatūrā. Pieaugot monokristāliskā silīcija ražošanā izmantoto oglekļa/oglekļa termolauka materiālu izmēram, par steidzamu risināmu problēmu ir kļuvis tas, kā uzlabot silīcija karbīda pārklājuma vienmērīgumu uz termolauka materiālu virsmas un uzlabot oglekļa/oglekļa termolauka materiālu kalpošanas laiku.
No otras puses, attīstoties monokristāliskā silīcija rūpniecībai, pieaug arī pieprasījums pēc augstas tīrības pakāpes oglekļa/oglekļa termiskā lauka materiāliem, un reakcijas laikā uz iekšējām oglekļa šķiedrām tiek audzētas arī SiC nanofibras. Eksperimentāli sagatavoto C/C-ZRC un C/C-sic ZrC kompozītu masas ablācijas un lineārās ablācijas ātrumi ir attiecīgi -0,32 mg/s un 2,57 μm/s. C/C-sic-ZrC kompozītu masas un līnijas ablācijas ātrumi ir attiecīgi -0,24 mg/s un 1,66 μm/s. C/C-ZRC kompozītmateriāliem ar SiC nanofibrām ir labākas ablācijas īpašības. Vēlāk tiks pētīta dažādu oglekļa avotu ietekme uz SiC nanofibru augšanu un SiC nanofibru mehānisms, kas pastiprina C/C-ZRC kompozītu ablācijas īpašības.
Ar ķīmiskās tvaika caurlaidības procesu un in-situ reakciju tika izgatavots kompozītmateriāla pārklājuma oglekļa/oglekļa kompozītmateriāla tīģelis. Kompozītmateriāla pārklājums sastāvēja no silīcija karbīda pārklājuma (100~300μm), silīcija pārklājuma (10~20μm) un silīcija nitrīda pārklājuma (50~100μm), kas efektīvi kavē silīcija tvaiku koroziju uz oglekļa/oglekļa kompozītmateriāla tīģeļa iekšējās virsmas. Ražošanas procesā ar kompozītmateriāla pārklājumu pārklātā oglekļa/oglekļa kompozītmateriāla tīģeļa zudumi ir 0,04 mm uz krāsni, un kalpošanas laiks var sasniegt 180 krāsns reizes.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 22. februāris