1. Toepassing en onderzoeksvoortgang van siliciumcarbidecoating in koolstof/koolstof thermische veldmaterialen
1.1 Toepassing en onderzoeksvoortgang bij de bereiding van smeltkroezen
In het thermische veld van het enkelkristal, dekoolstof/koolstof smeltkroeswordt hoofdzakelijk gebruikt als drager voor siliciummateriaal en staat in contact met dekwarts smeltkroesZoals weergegeven in figuur 2. De werktemperatuur van de koolstof/koolstof smeltkroes bedraagt ongeveer 1450℃. Hierdoor treedt dubbele erosie op van vast silicium (siliciumdioxide) en siliciumdamp, waardoor de smeltkroes uiteindelijk dunner wordt of een ringvormige scheur vertoont, met als gevolg dat de smeltkroes bezwijkt.
Een composietcoating voor een koolstof/koolstofcomposiet smeltkroes werd vervaardigd door middel van chemische dampdoorlaatbaarheid en in-situ reactie. De composietcoating bestond uit een siliciumcarbidecoating (100-300 μm), een siliciumcoating (10-20 μm) en een siliciumnitridecoating (50-100 μm), die de corrosie door siliciumdamp op het binnenoppervlak van de koolstof/koolstofcomposiet smeltkroes effectief kon remmen. Tijdens het productieproces bedroeg het verlies van de composietcoating voor de koolstof/koolstofcomposiet smeltkroes slechts 0,04 mm per ovencyclus, en de levensduur kon oplopen tot 180 ovencycli.
De onderzoekers gebruikten een chemische reactiemethode om een uniforme siliciumcarbidecoating te genereren op het oppervlak van een koolstof/koolstofcomposiet smeltkroes onder bepaalde temperatuursomstandigheden en met behulp van een draaggas als bescherming. Hierbij werden siliciumdioxide en siliciummetaal als grondstoffen gebruikt in een hogetemperatuursinteroven. De resultaten tonen aan dat de behandeling bij hoge temperatuur niet alleen de zuiverheid en sterkte van de siliciumcoating verbetert, maar ook de slijtvastheid van het oppervlak van het koolstof/koolstofcomposiet aanzienlijk verhoogt en corrosie van het smeltkroesoppervlak door SiO-damp en vluchtige zuurstofatomen in de monokristallijne siliciumoven voorkomt. De levensduur van de smeltkroes wordt met 20% verlengd in vergelijking met een smeltkroes zonder siliciumcoating.
1.2 Toepassingen en onderzoeksvoortgang van stroomgeleidingsbuizen
De geleidingscilinder bevindt zich boven de smeltkroes (zoals weergegeven in figuur 1). Tijdens het kristaltrekproces is het temperatuurverschil tussen de binnen- en buitenkant van het veld groot, met name aan de onderkant, die zich het dichtst bij het gesmolten siliciummateriaal bevindt. Daar is de temperatuur het hoogst en treedt de corrosie door siliciumdamp het meest op.
De onderzoekers hebben een eenvoudig proces en een goede oxidatiebestendigheid ontwikkeld voor de antioxiderende coating en bereidingsmethode van de geleidingsbuis. Eerst werd een laag siliciumcarbidevezels in situ op de matrix van de geleidingsbuis aangebracht, waarna een dichte siliciumcarbide buitenlaag werd gevormd. Hierdoor ontstond een SiCw-overgangslaag tussen de matrix en de dichte siliciumcarbide oppervlaktelaag, zoals weergegeven in Figuur 3. De thermische uitzettingscoëfficiënt van de matrix lag tussen die van het siliciumcarbide. Dit vermindert effectief de thermische spanning die wordt veroorzaakt door het verschil in thermische uitzettingscoëfficiënt.
De analyse toont aan dat met de toename van het SiCw-gehalte de grootte en het aantal scheuren in de coating afnemen. Na 10 uur oxidatie in lucht van 1100 ℃ bedraagt het gewichtsverlies van het coatingmonster slechts 0,87% tot 8,87%, en de oxidatieweerstand en thermische schokbestendigheid van de siliciumcarbidecoating zijn aanzienlijk verbeterd. Het gehele bereidingsproces wordt continu uitgevoerd door middel van chemische dampafzetting, waardoor de bereiding van de siliciumcarbidecoating sterk wordt vereenvoudigd en de algehele prestaties van het gehele mondstuk worden versterkt.
De onderzoekers hebben een methode voorgesteld voor matrixversterking en oppervlaktecoating van grafietgeleidingsbuizen voor czohr-monokristallijn silicium. De verkregen siliciumcarbidesuspensie werd gelijkmatig op het oppervlak van de grafietgeleidingsbuis aangebracht met een laagdikte van 30-50 μm door middel van borstel- of spuitcoating. Vervolgens werd de buis in een hogetemperatuuroven geplaatst voor een in-situ reactie bij een temperatuur van 1850-2300 ℃ en een bewaartijd van 2-6 uur. De SiC-buitenlaag kan worden gebruikt in een 24 inch (60,96 cm) monokristallijne groeioven bij een temperatuur van 1500 ℃. Na 1500 uur bleek er geen sprake te zijn van scheuren of afbrokkeling van poeder op het oppervlak van de grafietgeleidingsbuis.
1.3 Toepassing en onderzoeksvoortgang van isolatiecilinders
Als een van de belangrijkste onderdelen van het thermische veldsysteem van monokristallijn silicium, wordt de isolatiecilinder voornamelijk gebruikt om warmteverlies te verminderen en de temperatuurgradiënt in de thermische veldomgeving te beheersen. Als ondersteunend onderdeel van de binnenwandisolatielaag van de monokristallijne siliciumoven leidt corrosie door siliciumdamp tot slakvorming en scheurvorming in het product, wat uiteindelijk productfalen tot gevolg heeft.
Om de corrosiebestendigheid tegen siliciumdamp van de C/C-sic composiet isolatiebuis verder te verbeteren, plaatsten de onderzoekers de geprepareerde C/C-sic composiet isolatiebuizen in een chemische dampreactieoven en brachten ze een dichte siliciumcarbidecoating aan op het oppervlak van de C/C-sic composiet isolatiebuizen door middel van chemische dampafzetting. De resultaten tonen aan dat dit proces de corrosie van de koolstofvezels in de kern van het C/C-sic composiet door siliciumdamp effectief remt. De corrosiebestendigheid tegen siliciumdamp neemt met een factor 5 tot 10 toe in vergelijking met koolstof/koolstofcomposiet, waardoor de levensduur van de isolatiecilinder en de veiligheid van de thermische omgeving aanzienlijk verbeteren.
2. Conclusie en vooruitzichten
Siliciumcarbide coatingHet wordt steeds vaker gebruikt in koolstof/koolstof thermische veldmaterialen vanwege de uitstekende oxidatieweerstand bij hoge temperaturen. Met de toenemende omvang van koolstof/koolstof thermische veldmaterialen die worden gebruikt bij de productie van monokristallijn silicium, is het verbeteren van de uniformiteit van de siliciumcarbidecoating op het oppervlak van thermische veldmaterialen en het verlengen van de levensduur van koolstof/koolstof thermische veldmaterialen een urgent probleem geworden.
Aan de andere kant neemt, met de ontwikkeling van de monokristallijne siliciumindustrie, ook de vraag naar hoogzuivere koolstof/koolstof thermische veldmaterialen toe, en worden SiC-nanovezels tijdens de reactie ook op de interne koolstofvezels gevormd. De massa-ablatiesnelheid en de lineaire ablatiesnelheid van de experimenteel bereide C/C-ZRC- en C/C-SiC-ZrC-composieten bedragen respectievelijk -0,32 mg/s en 2,57 μm/s. De massa-ablatiesnelheid en de lineaire ablatiesnelheid van de C/C-SiC-ZrC-composieten bedragen respectievelijk -0,24 mg/s en 1,66 μm/s. De C/C-ZRC-composieten met SiC-nanovezels vertonen betere ablatieve eigenschappen. Later zullen de effecten van verschillende koolstofbronnen op de groei van SiC-nanovezels en het mechanisme waarmee SiC-nanovezels de ablatieve eigenschappen van C/C-ZRC-composieten versterken, worden onderzocht.
Een composietcoating voor een koolstof/koolstofcomposiet smeltkroes werd vervaardigd door middel van chemische dampdoorlaatbaarheid en in-situ reactie. De composietcoating bestond uit een siliciumcarbidecoating (100-300 μm), een siliciumcoating (10-20 μm) en een siliciumnitridecoating (50-100 μm), die de corrosie door siliciumdamp op het binnenoppervlak van de koolstof/koolstofcomposiet smeltkroes effectief kon remmen. Tijdens het productieproces bedroeg het verlies van de composietcoating voor de koolstof/koolstofcomposiet smeltkroes slechts 0,04 mm per ovencyclus, en de levensduur kon oplopen tot 180 ovencycli.
Geplaatst op: 22 februari 2024