मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन-२ साठी कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियलमध्ये SiC कोटिंगचा वापर आणि संशोधन प्रगती

१ कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियलमध्ये सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंगचा वापर आणि संशोधन प्रगती

१.१ क्रूसिबल तयारीमध्ये वापर आणि संशोधन प्रगती

सिंगल क्रिस्टल थर्मल फील्डमध्ये,कार्बन/कार्बन क्रूसिबलहे प्रामुख्याने सिलिकॉन पदार्थ वाहून नेणारे पात्र म्हणून वापरले जाते आणि तेक्वार्ट्ज क्रूसिबल, आकृती २ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे. कार्बन/कार्बन क्रूसिबलचे कार्यरत तापमान सुमारे १४५०℃ असते, जे घन सिलिकॉन (सिलिकॉन डायऑक्साइड) आणि सिलिकॉन वाष्पाच्या दुहेरी क्षरणाच्या अधीन असते आणि शेवटी क्रूसिबल पातळ होते किंवा त्याला रिंग क्रॅक होतो, परिणामी क्रूसिबल निकामी होते.

रासायनिक वाष्प पारगमन प्रक्रिया आणि इन-सिटू रिअॅक्शनद्वारे एक संमिश्र कोटिंग कार्बन/कार्बन कंपोझिट क्रूसिबल तयार केले गेले. संमिश्र कोटिंग सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग (१००~३००μm), सिलिकॉन कोटिंग (१०~२०μm) आणि सिलिकॉन नायट्राइड कोटिंग (५०~१००μm) पासून बनलेले होते, जे कार्बन/कार्बन कंपोझिट क्रूसिबलच्या आतील पृष्ठभागावर सिलिकॉन वाष्पाच्या गंजला प्रभावीपणे रोखू शकते. उत्पादन प्रक्रियेत, संमिश्र कोटेड कार्बन/कार्बन कंपोझिट क्रूसिबलचे नुकसान प्रति भट्टी ०.०४ मिमी आहे आणि सेवा आयुष्य १८० भट्टी वेळा पोहोचू शकते.

संशोधकांनी विशिष्ट तापमान परिस्थितीत आणि वाहक वायूच्या संरक्षणाखाली कार्बन/कार्बन कंपोझिट क्रूसिबलच्या पृष्ठभागावर एकसमान सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग तयार करण्यासाठी रासायनिक अभिक्रिया पद्धतीचा वापर केला, ज्यामध्ये उच्च-तापमानाच्या सिंटरिंग भट्टीमध्ये कच्चा माल म्हणून सिलिकॉन डायऑक्साइड आणि सिलिकॉन धातूचा वापर केला गेला. परिणाम दर्शवितात की उच्च तापमान उपचार केवळ sic कोटिंगची शुद्धता आणि ताकद सुधारत नाही तर कार्बन/कार्बन कंपोझिटच्या पृष्ठभागाचा पोशाख प्रतिरोध देखील मोठ्या प्रमाणात सुधारतो आणि मोनोक्रिस्टल सिलिकॉन भट्टीमध्ये SiO वाष्प आणि अस्थिर ऑक्सिजन अणूंद्वारे क्रूसिबलच्या पृष्ठभागाचा गंज रोखतो. sic कोटिंगशिवाय क्रूसिबलच्या तुलनेत क्रूसिबलचे सेवा आयुष्य 20% ने वाढले आहे.

१.२ फ्लो गाईड ट्यूबमध्ये अनुप्रयोग आणि संशोधन प्रगती

मार्गदर्शक सिलेंडर क्रूसिबलच्या वर स्थित आहे (आकृती १ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे). क्रिस्टल ओढण्याच्या प्रक्रियेत, फील्डच्या आत आणि बाहेर तापमानातील फरक मोठा असतो, विशेषतः तळाचा पृष्ठभाग वितळलेल्या सिलिकॉन पदार्थाच्या सर्वात जवळ असतो, तापमान सर्वात जास्त असते आणि सिलिकॉन वाष्पामुळे होणारा गंज सर्वात गंभीर असतो.

संशोधकांनी मार्गदर्शक ट्यूब अँटी-ऑक्सिडेशन कोटिंग आणि तयारी पद्धतीची एक सोपी प्रक्रिया आणि चांगला ऑक्सिडेशन प्रतिरोध शोधून काढला. प्रथम, मार्गदर्शक ट्यूबच्या मॅट्रिक्सवर सिलिकॉन कार्बाइड व्हिस्करचा एक थर इन-सीटू वाढवला गेला आणि नंतर एक दाट सिलिकॉन कार्बाइड बाह्य थर तयार केला गेला, ज्यामुळे आकृती 3 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे मॅट्रिक्स आणि दाट सिलिकॉन कार्बाइड पृष्ठभागाच्या थरामध्ये SiCw संक्रमण थर तयार झाला. थर्मल विस्ताराचा गुणांक मॅट्रिक्स आणि सिलिकॉन कार्बाइड दरम्यान होता. थर्मल विस्तार गुणांकाच्या विसंगतीमुळे होणारा थर्मल ताण हे प्रभावीपणे कमी करू शकते.

विश्लेषणातून असे दिसून आले आहे की SiCw चे प्रमाण वाढल्याने, कोटिंगमधील क्रॅकचा आकार आणि संख्या कमी होते. ११०० ℃ हवेत १० तास ऑक्सिडेशन केल्यानंतर, कोटिंग नमुन्याचा वजन कमी होण्याचा दर फक्त ०.८७%~८.८७% असतो आणि सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंगचा ऑक्सिडेशन प्रतिरोध आणि थर्मल शॉक प्रतिरोध मोठ्या प्रमाणात सुधारतो. संपूर्ण तयारी प्रक्रिया रासायनिक वाष्प जमा करून सतत पूर्ण केली जाते, सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंगची तयारी मोठ्या प्रमाणात सुलभ केली जाते आणि संपूर्ण नोजलची व्यापक कार्यक्षमता मजबूत होते.

संशोधकांनी झोहर मोनोक्रिस्टल सिलिकॉनसाठी ग्रेफाइट गाईड ट्यूबच्या मॅट्रिक्स मजबूतीकरण आणि पृष्ठभागावर कोटिंगची पद्धत प्रस्तावित केली. प्राप्त सिलिकॉन कार्बाइड स्लरी ब्रश कोटिंग किंवा स्प्रे कोटिंग पद्धतीने 30~50 μm जाडीच्या कोटिंगसह ग्रेफाइट गाईड ट्यूबच्या पृष्ठभागावर एकसमान लेपित केली गेली आणि नंतर इन-सीटू रिअॅक्शनसाठी उच्च तापमानाच्या भट्टीत ठेवली गेली, रिअॅक्शन तापमान 1850~2300 ℃ होते आणि उष्णता संरक्षण 2~6h होते. SiC बाह्य थर 24 इंच (60.96 सेमी) सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ फर्नेसमध्ये वापरता येतो आणि वापर तापमान 1500 ℃ आहे आणि असे आढळून आले की 1500 तासांनंतर ग्रेफाइट गाईड सिलेंडरच्या पृष्ठभागावर क्रॅकिंग आणि फॉलिंग पावडर नाही.

१.३ इन्सुलेशन सिलेंडरमध्ये वापर आणि संशोधन प्रगती

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन थर्मल फील्ड सिस्टमच्या प्रमुख घटकांपैकी एक म्हणून, इन्सुलेशन सिलेंडरचा वापर प्रामुख्याने उष्णतेचे नुकसान कमी करण्यासाठी आणि थर्मल फील्ड वातावरणाच्या तापमान ग्रेडियंट नियंत्रित करण्यासाठी केला जातो. सिंगल क्रिस्टल फर्नेसच्या आतील भिंतीच्या इन्सुलेशन लेयरचा आधारभूत भाग म्हणून, सिलिकॉन वाष्प गंजमुळे उत्पादनाचे स्लॅग ड्रॉप होते आणि क्रॅक होतात, ज्यामुळे शेवटी उत्पादन बिघाड होतो.

C/ C-sic कंपोझिट इन्सुलेशन ट्यूबचा सिलिकॉन वाष्प गंज प्रतिकार आणखी वाढवण्यासाठी, संशोधकांनी तयार केलेले C/ C-sic कंपोझिट इन्सुलेशन ट्यूब उत्पादने रासायनिक वाष्प अभिक्रिया भट्टीत टाकली आणि रासायनिक वाष्प जमा करण्याच्या प्रक्रियेद्वारे C/ C-sic कंपोझिट इन्सुलेशन ट्यूब उत्पादनांच्या पृष्ठभागावर दाट सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग तयार केले. परिणाम दर्शवितात की, ही प्रक्रिया सिलिकॉन वाष्पाद्वारे C/ C-sic कंपोझिटच्या गाभ्यावरील कार्बन फायबरच्या गंजला प्रभावीपणे रोखू शकते आणि सिलिकॉन वाष्पाचा गंज प्रतिकार कार्बन/कार्बन कंपोझिटच्या तुलनेत 5 ते 10 पट वाढतो आणि इन्सुलेशन सिलेंडरचे सेवा आयुष्य आणि थर्मल फील्ड वातावरणाची सुरक्षितता मोठ्या प्रमाणात सुधारली आहे.

२. निष्कर्ष आणि शक्यता

सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंगउच्च तापमानात उत्कृष्ट ऑक्सिडेशन प्रतिरोधकतेमुळे कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियलमध्ये अधिकाधिक प्रमाणात वापरले जात आहे. मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उत्पादनात वापरल्या जाणाऱ्या कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियलच्या वाढत्या आकारामुळे, थर्मल फील्ड मटेरियलच्या पृष्ठभागावर सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंगची एकसमानता कशी सुधारायची आणि कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियलचे सेवा आयुष्य कसे सुधारायचे ही एक तातडीची समस्या बनली आहे ज्याचे निराकरण करणे आवश्यक आहे.

दुसरीकडे, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उद्योगाच्या विकासासह, उच्च-शुद्धता असलेल्या कार्बन/कार्बन थर्मल फील्ड मटेरियलची मागणी देखील वाढत आहे आणि अभिक्रियेदरम्यान अंतर्गत कार्बन तंतूंवर SiC नॅनोफायबर देखील वाढवले ​​जातात. प्रयोगांद्वारे तयार केलेल्या C/ C-ZRC आणि C/ C-sic ZrC कंपोझिट्सचे मास अ‍ॅब्लेशन आणि रेषीय अ‍ॅब्लेशन दर अनुक्रमे -0.32 mg/s आणि 2.57 μm/s आहेत. C/ C-sic -ZrC कंपोझिट्सचे मास आणि रेषीय अ‍ॅब्लेशन दर अनुक्रमे -0.24 mg/s आणि 1.66 μm/s आहेत. SiC नॅनोफायबर असलेल्या C/ C-ZRC कंपोझिट्समध्ये चांगले अ‍ॅब्लेटिव्ह गुणधर्म असतात. नंतर, SiC नॅनोफायबरच्या वाढीवर वेगवेगळ्या कार्बन स्रोतांचा प्रभाव आणि C/ C-ZRC कंपोझिट्सच्या अ‍ॅब्लेटिव्ह गुणधर्मांना बळकटी देणाऱ्या SiC नॅनोफायबरच्या यंत्रणेचा अभ्यास केला जाईल.

रासायनिक वाष्प पारगमन प्रक्रिया आणि इन-सिटू रिअॅक्शनद्वारे एक संमिश्र कोटिंग कार्बन/कार्बन कंपोझिट क्रूसिबल तयार केले गेले. संमिश्र कोटिंग सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग (१००~३००μm), सिलिकॉन कोटिंग (१०~२०μm) आणि सिलिकॉन नायट्राइड कोटिंग (५०~१००μm) पासून बनलेले होते, जे कार्बन/कार्बन कंपोझिट क्रूसिबलच्या आतील पृष्ठभागावर सिलिकॉन वाष्पाच्या गंजला प्रभावीपणे रोखू शकते. उत्पादन प्रक्रियेत, संमिश्र कोटेड कार्बन/कार्बन कंपोझिट क्रूसिबलचे नुकसान प्रति भट्टी ०.०४ मिमी आहे आणि सेवा आयुष्य १८० भट्टी वेळा पोहोचू शकते.