1 Anvendelse og forskningsfremgang for silisiumkarbidbelegg i karbon/karbon termiske feltmaterialer
1.1 Anvendelse og forskningsfremgang innen digelforberedelse
I det termiske feltet for én krystall,karbon/karbondigelbrukes hovedsakelig som bærebeholder for silisiummateriale og er i kontakt medkvartsdigel, som vist i figur 2. Arbeidstemperaturen til karbon/karbondigelen er omtrent 1450 ℃, som utsettes for dobbel erosjon av fast silisium (silisiumdioksid) og silisiumdamp, og til slutt blir digelen tynn eller får en ringsprekk, noe som resulterer i at digelen svikter.
En karbon/karbon-komposittdigel med komposittbelegg ble fremstilt ved kjemisk dampgjennomtrengningsprosess og in-situ-reaksjon. Komposittbelegget besto av silisiumkarbidbelegg (100~300 μm), silisiumbelegg (10~20 μm) og silisiumnitridbelegg (50~100 μm), som effektivt kunne hemme korrosjon av silisiumdamp på den indre overflaten av karbon/karbon-komposittdigelen. I produksjonsprosessen er tapet av den komposittbelagte karbon/karbon-komposittdigelen 0,04 mm per ovn, og levetiden kan nå 180 ovnstider.
Forskerne brukte en kjemisk reaksjonsmetode for å generere et jevnt silisiumkarbidbelegg på overflaten av karbon/karbon-komposittdigelen under visse temperaturforhold og for å beskytte bærergass, ved å bruke silisiumdioksid og silisiummetall som råmaterialer i en høytemperatursintringsovn. Resultatene viser at høytemperaturbehandlingen ikke bare forbedrer renheten og styrken til silisiumkarbidbelegget, men også forbedrer slitestyrken på overflaten av karbon/karbon-kompositten betraktelig, og forhindrer korrosjon av overflaten av digelen av SiO2-damp og flyktige oksygenatomer i monokrystallsilisiumovnen. Levetiden til digelen økes med 20 % sammenlignet med digelen uten silisiumkarbidbelegg.
1.2 Bruks- og forskningsfremgang innen strømningsføringsrør
Styresylinderen er plassert over digelen (som vist i figur 1). I prosessen med krystalltrekking er temperaturforskjellen mellom innsiden og utsiden av feltet stor, spesielt bunnflaten er nærmest det smeltede silisiummaterialet, temperaturen er høyest, og korrosjonen fra silisiumdamp er den mest alvorlige.
Forskerne oppfant en enkel prosess og god oksidasjonsbestandighet for antioksidasjonsbelegget og fremstillingsmetoden for føringsrøret. Først ble et lag med silisiumkarbid-whisker in situ dyrket på matrisen til føringsrøret, og deretter ble et tett ytre lag av silisiumkarbid fremstilt, slik at et SiCw-overgangslag ble dannet mellom matrisen og det tette overflatelaget av silisiumkarbid, som vist i figur 3. Den termiske utvidelseskoeffisienten var mellom matrisen og silisiumkarbidet. Dette kan effektivt redusere termisk spenning forårsaket av uoverensstemmelse i termisk utvidelseskoeffisient.
Analysen viser at med økningen av SiCw-innhold, reduseres størrelsen og antallet sprekker i belegget. Etter 10 timers oksidasjon i 1100 ℃ luft er vekttapet for beleggprøven bare 0,87 % ~ 8,87 %, og oksidasjonsmotstanden og termisk sjokkmotstanden til silisiumkarbidbelegget forbedres betraktelig. Hele fremstillingsprosessen fullføres kontinuerlig ved kjemisk dampavsetning, fremstillingen av silisiumkarbidbelegget forenkles betraktelig, og den omfattende ytelsen til hele dysen styrkes.
Forskerne foreslo en metode for matriseforsterkning og overflatebelegg av grafittstyrerør for czohr monokrystallsilisium. Den oppnådde silisiumkarbidoppslemmingen ble jevnt belagt på overflaten av grafittstyrerøret med en beleggtykkelse på 30~50 μm ved hjelp av børstebelegg eller sprøytebeleggmetode, og deretter plassert i en høytemperaturovn for in-situ-reaksjon, reaksjonstemperaturen var 1850~2300 ℃, og varmekonserveringen var 2~6 timer. Det ytre laget av SiC kan brukes i en 24 tommer (60,96 cm) enkeltkrystallvekstovn, og brukstemperaturen er 1500 ℃, og det er funnet at det ikke er sprekkdannelser og fallende pulver på overflaten av grafittstyresylinderen etter 1500 timer.
1.3 Bruks- og forskningsfremgang innen isolasjonssylinder
Som en av nøkkelkomponentene i det monokrystallinske silisium-termiske feltsystemet, brukes isolasjonssylinderen hovedsakelig til å redusere varmetap og kontrollere temperaturgradienten i det termiske feltmiljøet. Som en støttende del av det indre veggisolasjonslaget i enkrystallovn, fører silisiumdampkorrosjon til slaggfall og sprekkdannelser i produktet, noe som til slutt fører til produktfeil.
For å ytterligere forbedre silisiumdampkorrosjonsmotstanden til C/C-sic komposittisolasjonsrør, plasserte forskerne de fremstilte C/C-sic komposittisolasjonsrørproduktene i en kjemisk dampreaksjonsovn og fremstilte et tett silisiumkarbidbelegg på overflaten av C/C-sic komposittisolasjonsrørproduktene ved hjelp av kjemisk dampavsetningsprosess. Resultatene viser at prosessen effektivt kan hemme korrosjon av karbonfiber på kjernen av C/C-sic-kompositten forårsaket av silisiumdamp, og korrosjonsmotstanden til silisiumdamp økes med 5 til 10 ganger sammenlignet med karbon/karbonkompositt, og levetiden til isolasjonssylinderen og sikkerheten i det termiske feltmiljøet forbedres betraktelig.
2. Konklusjon og fremtidsutsikter
Silisiumkarbidbeleggbrukes stadig mer i karbon/karbon-termiske feltmaterialer på grunn av sin utmerkede oksidasjonsmotstand ved høy temperatur. Med den økende størrelsen på karbon/karbon-termiske feltmaterialer som brukes i produksjon av monokrystallinsk silisium, har det blitt et presserende problem å forbedre ensartetheten av silisiumkarbidbelegget på overflaten av termiske feltmaterialer og forbedre levetiden til karbon/karbon-termiske feltmaterialer.
På den annen side, med utviklingen av monokrystallinsk silisiumindustri, øker også etterspørselen etter høyrene karbon/karbon-termiske feltmaterialer, og SiC-nanofibre dyrkes også på de interne karbonfibrene under reaksjonen. Masseablasjonshastighetene og den lineære ablasjonshastigheten for C/C-ZRC og C/C-sic ZrC-kompositter fremstilt ved eksperimenter er henholdsvis -0,32 mg/s og 2,57 μm/s. Masse- og linjeablasjonshastighetene for C/C-sic-ZrC-kompositter er henholdsvis -0,24 mg/s og 1,66 μm/s. C/C-ZRC-komposittene med SiC-nanofibre har bedre ablative egenskaper. Senere vil effektene av forskjellige karbonkilder på veksten av SiC-nanofibre og mekanismen for at SiC-nanofibre forsterker de ablative egenskapene til C/C-ZRC-kompositter bli studert.
En karbon/karbon-komposittdigel med komposittbelegg ble fremstilt ved kjemisk dampgjennomtrengningsprosess og in-situ-reaksjon. Komposittbelegget besto av silisiumkarbidbelegg (100~300 μm), silisiumbelegg (10~20 μm) og silisiumnitridbelegg (50~100 μm), som effektivt kunne hemme korrosjon av silisiumdamp på den indre overflaten av karbon/karbon-komposittdigelen. I produksjonsprosessen er tapet av den komposittbelagte karbon/karbon-komposittdigelen 0,04 mm per ovn, og levetiden kan nå 180 ovnstider.
Publisert: 22. feb. 2024