Примена и истражувачки напредок на SiC облогата во материјали за јаглерод/јаглеродно термичко поле за монокристален силициум-2

1 Примена и истражувачки напредок на премачкување од силициум карбид во материјали од јаглерод/јаглеродно термичко поле

1.1 Напредок во примената и истражувањето во подготовката на сад за печење

Во еднокристалното термичко поле,јаглерод/јаглероден сад за печењеглавно се користи како сад за носење силиконски материјал и е во контакт сокварцен сад, како што е прикажано на Слика 2. Работната температура на садот за печење јаглерод/јаглерод е околу 1450℃, кој е подложен на двојна ерозија на цврст силициум (силициум диоксид) и силициумска пареа, и конечно садот за печење станува тенок или има прстенеста пукнатина, што резултира со дефект на садот за печење.

Композитен огноотпорен сад од јаглерод/јаглерод композитен премаз беше подготвен со хемиски процес на продирање на пареа и in-situ реакција. Композитниот премаз беше составен од силициум карбиден премаз (100~300μm), силициумски премаз (10~20μm) и силициум нитриден премаз (50~100μm), што може ефикасно да ја инхибира корозијата на силициумската пареа на внатрешната површина на јаглерод/јаглерод композитниот сад. Во процесот на производство, загубата на композитно обложената јаглерод/јаглерод композитна сад е 0,04 mm по печка, а работниот век може да достигне 180 пати на печка.

Истражувачите користеле метод на хемиска реакција за да генерираат униформен слој од силициум карбид на површината на огноотпорниот сад од јаглерод/јаглерод композитен сад под одредени температурни услови и заштита од гас-носач, користејќи силициум диоксид и метален силициум како суровини во печка за синтерување на висока температура. Резултатите покажуваат дека третманот на висока температура не само што ја подобрува чистотата и цврстината на SIC слојот, туку и значително ја подобрува отпорноста на абење на површината на јаглерод/јаглерод композитот и спречува корозија на површината на огноотпорниот сад од пареи на SiO и испарливи атоми на кислород во печката со монокристален силициум. Работниот век на огноотпорниот сад е зголемен за 20% во споредба со оној на огноотпорниот сад без SIC слој.

1.2 Напредок во примената и истражувањето во цевката за водење на проток

Водечкиот цилиндар се наоѓа над садот за готвење (како што е прикажано на Слика 1). Во процесот на извлекување на кристалот, температурната разлика помеѓу внатрешноста и надворешноста на полето е голема, особено долната површина е најблиску до стопениот силициумски материјал, температурата е највисока, а корозијата од силициумска пареа е најсериозна.

Истражувачите измислија едноставен процес и добра отпорност на оксидација на антиоксидативниот слој на водилката и методот на подготовка. Прво, слој од мустаќи од силициум карбид беше in-situ одгледан на матрицата на водилката, а потоа беше подготвен густ надворешен слој од силициум карбид, така што се формираше преоден слој SiCw помеѓу матрицата и густиот површински слој од силициум карбид, како што е прикажано на Слика 3. Коефициентот на термичка експанзија беше помеѓу матрицата и силициум карбидот. Ова може ефикасно да го намали термичкиот стрес предизвикан од несовпаѓањето на коефициентот на термичка експанзија.

Анализата покажува дека со зголемување на содржината на SiCw, големината и бројот на пукнатини во премазот се намалуваат. По 10 часа оксидација на воздух од 1100 ℃, стапката на губење на тежината на примерокот од премазот е само 0,87%~8,87%, а отпорноста на оксидација и отпорноста на термички шок на силициум карбидната премазка е значително подобрена. Целиот процес на подготовка се завршува континуирано со хемиско таложење на пареа, подготовката на силициум карбидната премазка е значително поедноставена, а сеопфатните перформанси на целата млазница се подобрени.

Истражувачите предложија метод за зајакнување на матрицата и површинско обложување на графитна водилка за czohr монокристален силициум. Добиената силициум-карбидна кашеста маса беше рамномерно обложена на површината на графитната водилка со дебелина на облогата од 30~50 μm со четкасто обложување или метод на прскање, а потоа ставена во печка со висока температура за in-situ реакција, температурата на реакцијата беше 1850~2300 ℃, а зачувувањето на топлината беше 2~6 часа. Надворешниот слој од SiC може да се користи во печка за раст на монокристали од 24 инчи (60,96 cm), а температурата на употреба е 1500 ℃, и беше откриено дека нема пукање и паѓање на прав на површината на цилиндарот за графитно водење по 1500 часа.

1.3 Напредок во примената и истражувањето кај изолационите цилиндри

Како една од клучните компоненти на системот за термичко поле од монокристален силициум, изолациониот цилиндар главно се користи за намалување на загубата на топлина и контрола на температурниот градиент на околината на термичкото поле. Како потпорен дел од внатрешниот изолациски слој на ѕидот на монокристалната печка, корозијата од силициумска пареа доведува до опаѓање на згура и пукање на производот, што на крајот доведува до дефект на производот.

Со цел дополнително да се зголеми отпорноста на корозија на силициумската пареа на композитната изолациска цевка C/C-sic, истражувачите ги ставија подготвените производи од C/C-sic композитна изолациска цевка во печка за хемиска пареа и подготвија густ силициум карбиден слој на површината на производите од C/C-sic композитна изолациска цевка со хемиски процес на таложење на пареа. Резултатите покажуваат дека процесот може ефикасно да ја инхибира корозијата на јаглеродните влакна на јадрото на C/C-sic композитот од силициумска пареа, а отпорноста на корозија на силициумската пареа е зголемена за 5 до 10 пати во споредба со јаглерод/јаглеродниот композит, а животниот век на изолациониот цилиндар и безбедноста на термичкото поле се значително подобрени.

2. Заклучок и перспектива

Облога од силициум карбидсе повеќе се користи во материјали за јаглерод/јаглеродно термичко поле поради неговата одлична отпорност на оксидација на висока температура. Со зголемувањето на големината на материјалите за јаглерод/јаглеродно термичко поле што се користат во производството на монокристален силициум, како да се подобри униформноста на облогата од силициум карбид на површината на материјалите за термичко поле и да се подобри работниот век на материјалите за јаглерод/јаглеродно термичко поле стана итен проблем што треба да се реши.

Од друга страна, со развојот на индустријата за монокристален силициум, побарувачката за материјали со висока чистота од јаглерод/јаглерод за термичко поле исто така се зголемува, а SiC нановлакна се одгледуваат и на внатрешните јаглеродни влакна за време на реакцијата. Стапките на масовна аблација и линеарна аблација на C/C-ZRC и C/C-sic ZrC композитите подготвени со експерименти се -0,32 mg/s и 2,57 μm/s, соодветно. Стапките на масовна и линиска аблација на C/C-sic -ZrC композитите се -0,24 mg/s и 1,66 μm/s, соодветно. C/C-ZRC композитите со SiC нановлакна имаат подобри аблативни својства. Подоцна, ќе се изучуваат ефектите од различни извори на јаглерод врз растот на SiC нановлакната и механизмот на SiC нановлакната што ги зајакнува аблативните својства на C/C-ZRC композитите.

Композитен огноотпорен сад од јаглерод/јаглерод композитен премаз беше подготвен со хемиски процес на продирање на пареа и in-situ реакција. Композитниот премаз беше составен од силициум карбиден премаз (100~300μm), силициумски премаз (10~20μm) и силициум нитриден премаз (50~100μm), што може ефикасно да ја инхибира корозијата на силициумската пареа на внатрешната површина на јаглерод/јаглерод композитниот сад. Во процесот на производство, загубата на композитно обложената јаглерод/јаглерод композитна сад е 0,04 mm по печка, а работниот век може да достигне 180 пати на печка.