१. कार्बन/कार्बन औष्णिक क्षेत्र सामग्रीमध्ये सिलिकॉन कार्बाइड लेपनाचा वापर आणि संशोधन प्रगती
१.१ मुशीच्या निर्मितीमधील अनुप्रयोग आणि संशोधन प्रगती
एकल क्रिस्टल थर्मल क्षेत्रात,कार्बन/कार्बन क्रुसिबलमुख्यतः सिलिकॉन पदार्थ वाहून नेण्यासाठी वापरले जाते आणि संपर्कात असतेक्वार्ट्झ क्रुसिबलआकृती २ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे. कार्बन/कार्बन क्रुसिबलचे कार्यरत तापमान सुमारे १४५०℃ असते, ज्यावर घन सिलिकॉन (सिलिकॉन डायऑक्साइड) आणि सिलिकॉन बाष्प यांची दुहेरी झीज होते आणि शेवटी क्रुसिबल पातळ होते किंवा त्याला वलयाकार तडा जातो, ज्यामुळे क्रुसिबल निकामी होते.
रासायनिक बाष्प पारगम्यता प्रक्रिया आणि इन-सिटू अभिक्रियेद्वारे एक संमिश्र लेप असलेली कार्बन/कार्बन संमिश्र मुशी तयार करण्यात आली. हा संमिश्र लेप सिलिकॉन कार्बाइड लेप (१००~३०० मायक्रॉन), सिलिकॉन लेप (१०~२० मायक्रॉन) आणि सिलिकॉन नायट्राइड लेप (५०~१०० मायक्रॉन) यांनी बनलेला होता, जो कार्बन/कार्बन संमिश्र मुशीच्या आतील पृष्ठभागावर सिलिकॉन बाष्पामुळे होणारा क्षरण प्रभावीपणे रोखू शकतो. उत्पादन प्रक्रियेत, या संमिश्र लेप असलेल्या कार्बन/कार्बन संमिश्र मुशीची प्रत्येक भट्टीमागे होणारी झीज ०.०४ मिमी आहे आणि तिचे सेवा आयुष्य १८० वेळा भट्टीत वापरण्यापर्यंत पोहोचू शकते.
संशोधकांनी उच्च-तापमान सिंटरिंग फर्नेसमध्ये सिलिकॉन डायऑक्साइड आणि सिलिकॉन धातूचा कच्चा माल म्हणून वापर करून, विशिष्ट तापमान परिस्थितीत आणि वाहक वायूच्या संरक्षणाखाली, रासायनिक अभिक्रिया पद्धतीद्वारे कार्बन/कार्बन कंपोझिट क्रुसिबलच्या पृष्ठभागावर एकसमान सिलिकॉन कार्बाइडचा थर तयार केला. निकालांवरून असे दिसून येते की, उच्च तापमान प्रक्रियेमुळे एसआयसी (SIC) थराची शुद्धता आणि मजबुती तर सुधारतेच, पण कार्बन/कार्बन कंपोझिटच्या पृष्ठभागाचा झीज-प्रतिरोधही मोठ्या प्रमाणात वाढतो आणि मोनोक्रिस्टल सिलिकॉन फर्नेसमध्ये SiO बाष्प व बाष्पशील ऑक्सिजन अणूंमुळे होणारे क्रुसिबलच्या पृष्ठभागाचे क्षरण रोखले जाते. एसआयसी (SIC) थर नसलेल्या क्रुसिबलच्या तुलनेत, या क्रुसिबलचे सेवा आयुष्य २०% ने वाढते.
१.२ फ्लो गाइड ट्यूबमधील अनुप्रयोग आणि संशोधन प्रगती
मार्गदर्शक सिलेंडर मुशीच्या वर स्थित असतो (आकृती १ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे). स्फटिक खेचण्याच्या प्रक्रियेत, क्षेत्राच्या आत आणि बाहेर तापमानाचा फरक मोठा असतो, विशेषतः तळाचा पृष्ठभाग वितळलेल्या सिलिकॉन पदार्थाच्या सर्वात जवळ असतो, तेथे तापमान सर्वाधिक असते आणि सिलिकॉन वाफेमुळे होणारे क्षरण सर्वात गंभीर असते.
संशोधकांनी गाईड ट्यूबच्या अँटी-ऑक्सिडेशन कोटिंगची एक सोपी प्रक्रिया आणि उत्तम ऑक्सिडेशन प्रतिरोधक क्षमता असलेली तयारीची पद्धत शोधून काढली. सर्वप्रथम, गाईड ट्यूबच्या मॅट्रिक्सवर सिलिकॉन कार्बाइड व्हिस्करचा एक थर इन-सिटू पद्धतीने वाढवण्यात आला आणि त्यानंतर सिलिकॉन कार्बाइडचा एक घन बाह्य थर तयार करण्यात आला, जेणेकरून मॅट्रिक्स आणि घन सिलिकॉन कार्बाइडच्या पृष्ठभागाच्या थरामध्ये एक SiCw संक्रमण थर तयार झाला, जसे की आकृती ३ मध्ये दाखवले आहे. याचा औष्णिक प्रसरण गुणांक मॅट्रिक्स आणि सिलिकॉन कार्बाइडच्या दरम्यान होता. यामुळे औष्णिक प्रसरण गुणांकातील तफावतीमुळे होणारा औष्णिक ताण प्रभावीपणे कमी करता येतो.
विश्लेषणानुसार, SiCw चे प्रमाण वाढल्याने कोटिंगमधील भेगांचा आकार आणि संख्या कमी होते. १,१००°C तापमानाच्या हवेत १० तास ऑक्सिडेशन केल्यानंतर, कोटिंगच्या नमुन्याच्या वजनातील घट केवळ ०.८७% ते ८.८७% असते आणि सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंगची ऑक्सिडेशन प्रतिरोधकता व थर्मल शॉक प्रतिरोधकता मोठ्या प्रमाणात सुधारते. संपूर्ण तयारीची प्रक्रिया केमिकल व्हेपर डिपॉझिशनद्वारे अखंडपणे पूर्ण केली जाते, ज्यामुळे सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंगची तयारी मोठ्या प्रमाणात सोपी होते आणि संपूर्ण नोझलची सर्वसमावेशक कार्यक्षमता वाढते.
संशोधकांनी झोहर मोनोक्रिस्टल सिलिकॉनसाठी ग्रॅफाइट गाइड ट्यूबच्या मॅट्रिक्स मजबुतीकरण आणि पृष्ठभाग लेपनाची एक पद्धत प्रस्तावित केली. प्राप्त झालेली सिलिकॉन कार्बाइड स्लरी ब्रश कोटिंग किंवा स्प्रे कोटिंग पद्धतीने ग्रॅफाइट गाइड ट्यूबच्या पृष्ठभागावर ३०~५० μm जाडीचा एकसमान लेप दिला गेला, आणि नंतर इन-सिटू अभिक्रियेसाठी उच्च तापमान भट्टीत ठेवण्यात आले. अभिक्रियेचे तापमान १८५०~२३०० ℃ होते आणि उष्णता टिकवून ठेवण्याचा कालावधी २~६ तास होता. SiC चा बाह्य थर २४ इंच (६०.९६ सेमी) सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ फर्नेसमध्ये वापरला जाऊ शकतो, ज्याचे वापर तापमान १५०० ℃ आहे, आणि असे आढळून आले आहे की १५०० तासांनंतरही ग्रॅफाइट गाइड सिलेंडरच्या पृष्ठभागावर तडे जात नाहीत किंवा पावडर पडत नाही.
१.३ इन्सुलेशन सिलेंडरमधील अनुप्रयोग आणि संशोधन प्रगती
मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन थर्मल फील्ड सिस्टीमच्या प्रमुख घटकांपैकी एक म्हणून, इन्सुलेशन सिलेंडरचा उपयोग प्रामुख्याने उष्णतेचा अपव्यय कमी करण्यासाठी आणि थर्मल फील्ड वातावरणातील तापमान प्रवणता नियंत्रित करण्यासाठी केला जातो. सिंगल क्रिस्टल फर्नेसच्या आतील भिंतीच्या इन्सुलेशन थराचा एक आधारभूत भाग म्हणून, सिलिकॉन बाष्पामुळे होणाऱ्या क्षरणामुळे स्लग गळणे आणि उत्पादनाला तडे जाणे यांसारख्या समस्या उद्भवतात, ज्यामुळे अखेरीस उत्पादन अयशस्वी होते.
C/C-sic कंपोझिट इन्सुलेशन ट्यूबची सिलिकॉन बाष्पामुळे होणारी गंज-प्रतिरोधकता आणखी वाढवण्यासाठी, संशोधकांनी तयार केलेले C/C-sic कंपोझिट इन्सुलेशन ट्यूब उत्पादने केमिकल व्हेपर रिॲक्शन फर्नेसमध्ये ठेवली आणि केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन प्रक्रियेद्वारे त्यांच्या पृष्ठभागावर सिलिकॉन कार्बाइडचा दाट थर तयार केला. निकालांवरून असे दिसून येते की, ही प्रक्रिया सिलिकॉन बाष्पामुळे C/C-sic कंपोझिटच्या गाभ्यावरील कार्बन फायबरला होणारा गंज प्रभावीपणे रोखू शकते, आणि कार्बन/कार्बन कंपोझिटच्या तुलनेत सिलिकॉन बाष्पाची गंज-प्रतिरोधकता ५ ते १० पटीने वाढते, तसेच इन्सुलेशन सिलेंडरचे सेवा आयुष्य आणि औष्णिक क्षेत्रातील पर्यावरणाची सुरक्षितता मोठ्या प्रमाणात सुधारते.
२. निष्कर्ष आणि भविष्यकालीन शक्यता
सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंगउच्च तापमानात उत्कृष्ट ऑक्सिडेशन प्रतिरोधामुळे कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियल्समध्ये याचा वापर अधिकाधिक व्यापकपणे केला जात आहे. मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उत्पादनात वापरल्या जाणाऱ्या कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियल्सचा आकार वाढत असल्यामुळे, थर्मल फील्ड मटेरियल्सच्या पृष्ठभागावरील सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंगची एकसमानता कशी सुधारावी आणि कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियल्सचे सेवा आयुष्य कसे वाढवावे, हा एक तातडीने सोडवण्यासारखा प्रश्न बनला आहे.
दुसरीकडे, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उद्योगाच्या विकासामुळे, उच्च-शुद्धता असलेल्या कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियल्सची मागणीही वाढत आहे, आणि अभिक्रियेदरम्यान अंतर्गत कार्बन फायबर्सवर SiC नॅनोफायबर्स देखील वाढवले जातात. प्रयोगांद्वारे तयार केलेल्या C/C-ZRC आणि C/C-sic ZrC कंपोझिट्सचे मास ॲब्लेशन आणि लिनियर ॲब्लेशन दर अनुक्रमे -0.32 mg/s आणि 2.57 μm/s आहेत. C/C-sic-ZrC कंपोझिट्सचे मास आणि लिनियर ॲब्लेशन दर अनुक्रमे -0.24 mg/s आणि 1.66 μm/s आहेत. SiC नॅनोफायबर्स असलेल्या C/C-ZRC कंपोझिट्समध्ये उत्तम ॲब्लेटिव्ह गुणधर्म आहेत. पुढे, SiC नॅनोफायबर्सच्या वाढीवर वेगवेगळ्या कार्बन स्रोतांचा होणारा परिणाम आणि SiC नॅनोफायबर्सद्वारे C/C-ZRC कंपोझिट्सच्या ॲब्लेटिव्ह गुणधर्मांना बळकटी देण्याच्या यंत्रणेचा अभ्यास केला जाईल.
रासायनिक बाष्प पारगम्यता प्रक्रिया आणि इन-सिटू अभिक्रियेद्वारे एक संमिश्र लेप असलेली कार्बन/कार्बन संमिश्र मुशी तयार करण्यात आली. हा संमिश्र लेप सिलिकॉन कार्बाइड लेप (१००~३०० मायक्रॉन), सिलिकॉन लेप (१०~२० मायक्रॉन) आणि सिलिकॉन नायट्राइड लेप (५०~१०० मायक्रॉन) यांनी बनलेला होता, जो कार्बन/कार्बन संमिश्र मुशीच्या आतील पृष्ठभागावर सिलिकॉन बाष्पामुळे होणारा क्षरण प्रभावीपणे रोखू शकतो. उत्पादन प्रक्रियेत, या संमिश्र लेप असलेल्या कार्बन/कार्बन संमिश्र मुशीची प्रत्येक भट्टीमागे होणारी झीज ०.०४ मिमी आहे आणि तिचे सेवा आयुष्य १८० वेळा भट्टीत वापरण्यापर्यंत पोहोचू शकते.
पोस्ट करण्याची वेळ: २२ फेब्रुवारी २०२४