1 Kemajuan aplikasi dan penyelidikan salutan silikon karbida dalam bahan medan terma karbon/karbon
1.1 Kemajuan aplikasi dan penyelidikan dalam penyediaan mangkuk pijar
Dalam medan terma kristal tunggal,mangkuk pijar karbon/karbonterutamanya digunakan sebagai bekas pembawa bahan silikon dan bersentuhan denganmangkuk pijar kuarza, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2. Suhu kerja mangkuk pijar karbon/karbon adalah kira-kira 1450℃, yang tertakluk kepada hakisan berganda silikon pepejal (silikon dioksida) dan wap silikon, dan akhirnya mangkuk pijar menjadi nipis atau mempunyai retakan cincin, mengakibatkan kegagalan mangkuk pijar.
Satu mangkuk pijar komposit karbon/karbon salutan komposit telah disediakan melalui proses penyerapan wap kimia dan tindak balas in-situ. Salutan komposit terdiri daripada salutan silikon karbida (100~300μm), salutan silikon (10~20μm) dan salutan silikon nitrida (50~100μm), yang berkesan dapat menghalang kakisan wap silikon pada permukaan dalam mangkuk pijar komposit karbon/karbon. Dalam proses pengeluaran, kehilangan mangkuk pijar komposit karbon/karbon salutan komposit adalah 0.04 mm setiap relau, dan jangka hayatnya boleh mencapai 180 kali ganda relau.
Para penyelidik menggunakan kaedah tindak balas kimia untuk menghasilkan salutan silikon karbida yang seragam pada permukaan mangkuk pijar komposit karbon/karbon di bawah keadaan suhu tertentu dan perlindungan gas pembawa, menggunakan silikon dioksida dan logam silikon sebagai bahan mentah dalam relau sintering suhu tinggi. Keputusan menunjukkan bahawa rawatan suhu tinggi bukan sahaja meningkatkan ketulenan dan kekuatan salutan sic, tetapi juga meningkatkan rintangan haus permukaan komposit karbon/karbon dengan ketara, dan mencegah kakisan permukaan mangkuk pijar oleh wap SiO dan atom oksigen meruap dalam relau silikon monokristal. Jangka hayat mangkuk pijar meningkat sebanyak 20% berbanding dengan mangkuk pijar tanpa salutan sic.
1.2 Kemajuan aplikasi dan penyelidikan dalam tiub panduan aliran
Silinder panduan terletak di atas mangkuk pijar (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1). Dalam proses penarikan kristal, perbezaan suhu antara bahagian dalam dan luar medan adalah besar, terutamanya permukaan bawah yang paling dekat dengan bahan silikon cair, suhunya adalah yang tertinggi, dan kakisan oleh wap silikon adalah yang paling serius.
Para penyelidik telah mencipta satu proses mudah dan rintangan pengoksidaan yang baik untuk salutan anti-pengoksidaan tiub panduan dan kaedah penyediaannya. Pertama, lapisan misai silikon karbida ditanam secara in-situ pada matriks tiub panduan, dan kemudian lapisan luar silikon karbida yang padat disediakan, supaya lapisan peralihan SiCw terbentuk di antara matriks dan lapisan permukaan silikon karbida yang padat, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Pekali pengembangan haba adalah di antara matriks dan silikon karbida. Ia berkesan dapat mengurangkan tekanan haba yang disebabkan oleh ketidakpadanan pekali pengembangan haba.
Analisis menunjukkan bahawa dengan peningkatan kandungan SiCw, saiz dan bilangan retakan pada salutan berkurangan. Selepas pengoksidaan 10 jam dalam udara 1100 ℃, kadar penurunan berat sampel salutan hanya 0.87% ~ 8.87%, dan rintangan pengoksidaan dan rintangan kejutan haba salutan silikon karbida bertambah baik dengan ketara. Keseluruhan proses penyediaan diselesaikan secara berterusan oleh pemendapan wap kimia, penyediaan salutan silikon karbida dipermudahkan dengan ketara, dan prestasi komprehensif keseluruhan muncung diperkukuhkan.
Para penyelidik mencadangkan kaedah pengukuhan matriks dan salutan permukaan tiub panduan grafit untuk silikon monokristal czohr. Bubur silikon karbida yang diperoleh disalut secara seragam pada permukaan tiub panduan grafit dengan ketebalan salutan 30 ~ 50 μm melalui kaedah salutan berus atau salutan semburan, dan kemudian diletakkan di dalam relau suhu tinggi untuk tindak balas in-situ, suhu tindak balas ialah 1850 ~ 2300 ℃, dan pemeliharaan haba ialah 2 ~ 6 jam. Lapisan luar SiC boleh digunakan dalam relau pertumbuhan kristal tunggal 24 inci (60.96 cm), dan suhu penggunaan ialah 1500 ℃, dan didapati bahawa tiada keretakan dan serbuk jatuh pada permukaan silinder panduan grafit selepas 1500 jam.
1.3 Kemajuan aplikasi dan penyelidikan dalam silinder penebat
Sebagai salah satu komponen utama sistem medan terma silikon monokristalin, silinder penebat digunakan terutamanya untuk mengurangkan kehilangan haba dan mengawal kecerunan suhu persekitaran medan terma. Sebagai bahagian sokongan lapisan penebat dinding dalaman relau kristal tunggal, kakisan wap silikon menyebabkan penurunan dan keretakan sanga pada produk, yang akhirnya menyebabkan kegagalan produk.
Untuk meningkatkan lagi rintangan kakisan wap silikon bagi tiub penebat komposit C/C-sic, para penyelidik meletakkan produk tiub penebat komposit C/C-sic yang telah disediakan ke dalam relau tindak balas wap kimia, dan menyediakan salutan silikon karbida padat pada permukaan produk tiub penebat komposit C/C-sic melalui proses pemendapan wap kimia. Keputusan menunjukkan bahawa proses ini berkesan dapat menghalang kakisan gentian karbon pada teras komposit C/C-sic oleh wap silikon, dan rintangan kakisan wap silikon meningkat sebanyak 5 hingga 10 kali ganda berbanding komposit karbon/karbon, dan jangka hayat silinder penebat dan keselamatan persekitaran medan terma bertambah baik.
2. Kesimpulan dan prospek
Salutan silikon karbidasemakin banyak digunakan dalam bahan medan terma karbon/karbon kerana rintangan pengoksidaannya yang sangat baik pada suhu tinggi. Dengan peningkatan saiz bahan medan terma karbon/karbon yang digunakan dalam pengeluaran silikon monokristalin, cara meningkatkan keseragaman salutan silikon karbida pada permukaan bahan medan terma dan meningkatkan jangka hayat bahan medan terma karbon/karbon telah menjadi masalah segera yang perlu diselesaikan.
Sebaliknya, dengan perkembangan industri silikon monokristalin, permintaan untuk bahan medan terma karbon/karbon berketulenan tinggi juga meningkat, dan gentian nano SiC juga ditumbuhkan pada gentian karbon dalaman semasa tindak balas. Kadar ablasi jisim dan ablasi linear komposit C/C-ZRC dan C/C-sic ZrC yang disediakan melalui eksperimen masing-masing adalah -0.32 mg/s dan 2.57 μm/s. Kadar ablasi jisim dan garis komposit C/C-sic-ZrC masing-masing adalah -0.24 mg/s dan 1.66 μm/s. Komposit C/C-ZRC dengan gentian nano SiC mempunyai sifat ablatif yang lebih baik. Kemudian, kesan sumber karbon yang berbeza terhadap pertumbuhan gentian nano SiC dan mekanisme gentian nano SiC yang mengukuhkan sifat ablatif komposit C/C-ZRC akan dikaji.
Satu mangkuk pijar komposit karbon/karbon salutan komposit telah disediakan melalui proses penyerapan wap kimia dan tindak balas in-situ. Salutan komposit terdiri daripada salutan silikon karbida (100~300μm), salutan silikon (10~20μm) dan salutan silikon nitrida (50~100μm), yang berkesan dapat menghalang kakisan wap silikon pada permukaan dalam mangkuk pijar komposit karbon/karbon. Dalam proses pengeluaran, kehilangan mangkuk pijar komposit karbon/karbon salutan komposit adalah 0.04 mm setiap relau, dan jangka hayatnya boleh mencapai 180 kali ganda relau.
Masa siaran: 22 Feb-2024