୧ କାର୍ବନ/କାରବନ ତାପଜ କ୍ଷେତ୍ର ସାମଗ୍ରୀରେ ସିଲିକନ କାର୍ବାଇଡ ଆବରଣର ପ୍ରୟୋଗ ଏବଂ ଗବେଷଣା ଅଗ୍ରଗତି
୧.୧ କ୍ରୁସିବଲ୍ ପ୍ରସ୍ତୁତିରେ ପ୍ରୟୋଗ ଏବଂ ଗବେଷଣା ପ୍ରଗତି
ଏକକ ସ୍ଫଟିକ ତାପଜ କ୍ଷେତ୍ରରେ,କାର୍ବନ/କାର୍ବନ କ୍ରୁସିବଲ୍ମୁଖ୍ୟତଃ ସିଲିକନ୍ ସାମଗ୍ରୀ ପାଇଁ ଏକ ବହନ ପାତ୍ର ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ ଏବଂ ଏହା ସହିତ ସଂସ୍ପର୍ଶରେ ରହିଥାଏକ୍ୱାର୍ଟଜ୍ କ୍ରୁସିବଲ୍, ଚିତ୍ର 2 ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ପରି। କାର୍ବନ/କାର୍ବନ କ୍ରୁସିବଲର କାର୍ଯ୍ୟକ୍ଷମ ତାପମାତ୍ରା ପ୍ରାୟ 1450℃, ଯାହା କଠିନ ସିଲିକନ୍ (ସିଲିକନ୍ ଡାଇଅକ୍ସାଇଡ୍) ଏବଂ ସିଲିକନ୍ ବାଷ୍ପର ଦ୍ୱିଗୁଣ କ୍ଷରଣର ଶିକାର ହୁଏ, ଏବଂ ଶେଷରେ କ୍ରୁସିବଲ ପତଳା ହୋଇଯାଏ କିମ୍ବା ଏକ ରିଙ୍ଗ ଫାଟ ଥାଏ, ଯାହା ଫଳରେ କ୍ରୁସିବଲ ବିଫଳ ହୁଏ।
ରାସାୟନିକ ବାଷ୍ପ ପରିଗମନ ପ୍ରକ୍ରିୟା ଏବଂ ଇନ-ସିଟୁ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ଦ୍ୱାରା ଏକ ମିଶ୍ରିତ ଆବରଣ କାର୍ବନ/କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ କ୍ରୁସିବଲ ପ୍ରସ୍ତୁତ କରାଯାଇଥିଲା। ଏହି ମିଶ୍ରିତ ଆବରଣ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ ଆବରଣ (100~300μm), ସିଲିକନ୍ ଆବରଣ (10~20μm) ଏବଂ ସିଲିକନ୍ ନାଇଟ୍ରାଇଡ୍ ଆବରଣ (50~100μm) ଦ୍ୱାରା ଗଠିତ ଥିଲା, ଯାହା କାର୍ବନ/କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ କ୍ରୁସିବଲର ଭିତର ପୃଷ୍ଠରେ ସିଲିକନ୍ ବାଷ୍ପର କ୍ଷୟକୁ ପ୍ରଭାବଶାଳୀ ଭାବରେ ପ୍ରତିରୋଧ କରିପାରିବ। ଉତ୍ପାଦନ ପ୍ରକ୍ରିୟାରେ, ମିଶ୍ରିତ ଆବରଣ କାର୍ବନ/କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ କ୍ରୁସିବଲର କ୍ଷତି ପ୍ରତି ଫର୍ଣ୍ଣେସ୍ ପାଇଁ 0.04 ମିମି, ଏବଂ ସେବା ଜୀବନ 180 ଫର୍ଣ୍ଣେସ୍ ଥର ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ପହଞ୍ଚିପାରେ।
ଗବେଷକମାନେ ଏକ ରାସାୟନିକ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ପଦ୍ଧତି ବ୍ୟବହାର କରି କାର୍ବନ/କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ କ୍ରୁସିବଲର ପୃଷ୍ଠରେ ଏକ ସମାନ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ ଆବରଣ ସୃଷ୍ଟି କରିଥିଲେ, ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ ତାପମାତ୍ରା ପରିସ୍ଥିତି ଏବଂ ବାହକ ଗ୍ୟାସର ସୁରକ୍ଷା ପାଇଁ, ଏକ ଉଚ୍ଚ-ତାପମାନ ସିଣ୍ଟରିଂ ଫର୍ଣ୍ଣେସରେ କଞ୍ଚାମାଲ ଭାବରେ ସିଲିକନ୍ ଡାଇଅକ୍ସାଇଡ୍ ଏବଂ ସିଲିକନ୍ ଧାତୁ ବ୍ୟବହାର କରିଥିଲେ। ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ ଉଚ୍ଚ ତାପମାତ୍ରା ଚିକିତ୍ସା କେବଳ ସିକ୍ ଆବରଣର ଶୁଦ୍ଧତା ଏବଂ ଶକ୍ତିକୁ ଉନ୍ନତ କରେ ନାହିଁ, ବରଂ କାର୍ବନ/କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ପୃଷ୍ଠର ପରିଧାନ ପ୍ରତିରୋଧକୁ ମଧ୍ୟ ବହୁଳ ଭାବରେ ଉନ୍ନତ କରେ, ଏବଂ ମୋନୋକ୍ରିଷ୍ଟାଲ୍ ସିଲିକନ୍ ଫର୍ଣ୍ଣେସରେ SiO ବାଷ୍ପ ଏବଂ ଅସ୍ଥିର ଅମ୍ଳଜାନ ପରମାଣୁ ଦ୍ୱାରା କ୍ରୁସିବଲର ପୃଷ୍ଠର କ୍ଷୟକୁ ରୋକେ। ସିକ୍ ଆବରଣ ବିନା କ୍ରୁସିବଲ ତୁଳନାରେ କ୍ରୁସିବଲର ସେବା ଜୀବନ 20% ବୃଦ୍ଧି ପାଇଛି।
୧.୨ ପ୍ରବାହ ଗାଇଡ୍ ଟ୍ୟୁବ୍ରେ ପ୍ରୟୋଗ ଏବଂ ଗବେଷଣା ପ୍ରଗତି
ଗାଇଡ୍ ସିଲିଣ୍ଡରଟି କ୍ରୁସିବଲ ଉପରେ ଅବସ୍ଥିତ (ଚିତ୍ର 1 ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ପରି)। ସ୍ଫଟିକ ଟାଣିବା ପ୍ରକ୍ରିୟାରେ, କ୍ଷେତ୍ର ଭିତରେ ଏବଂ ବାହାର ତାପମାତ୍ରାର ପାର୍ଥକ୍ୟ ବହୁତ ଅଧିକ, ବିଶେଷକରି ତଳ ପୃଷ୍ଠ ତରଳିତ ସିଲିକନ୍ ସାମଗ୍ରୀର ନିକଟତମ, ତାପମାତ୍ରା ସର୍ବାଧିକ, ଏବଂ ସିଲିକନ୍ ବାଷ୍ପ ଦ୍ୱାରା କ୍ଷୟ ସବୁଠାରୁ ଗୁରୁତର।
ଗବେଷକମାନେ ଗାଇଡ୍ ଟ୍ୟୁବ୍ ଆଣ୍ଟି-ଅକ୍ସିଡେସନ୍ ଆବରଣ ଏବଂ ପ୍ରସ୍ତୁତି ପଦ୍ଧତିର ଏକ ସରଳ ପ୍ରକ୍ରିୟା ଏବଂ ଭଲ ଅକ୍ସିଡେସନ୍ ପ୍ରତିରୋଧ ଉଦ୍ଭାବନ କରିଥିଲେ। ପ୍ରଥମେ, ଗାଇଡ୍ ଟ୍ୟୁବ୍ର ମାଟ୍ରିକ୍ସରେ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ ହ୍ୱିସ୍କରର ଏକ ସ୍ତର ଇନ-ସିଟୁ ବୃଦ୍ଧି କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ତାପରେ ଏକ ଘନ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ ବାହ୍ୟ ସ୍ତର ପ୍ରସ୍ତୁତ କରାଯାଇଥିଲା, ଯାହା ଫଳରେ ଚିତ୍ର 3 ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ପରି, ମାଟ୍ରିକ୍ସ ଏବଂ ଘନ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ ପୃଷ୍ଠ ସ୍ତର ମଧ୍ୟରେ ଏକ SiCw ପରିବର୍ତ୍ତନ ସ୍ତର ଗଠିତ ହୋଇଥିଲା। ତାପଜ ପ୍ରସାରଣର ଗୁଣାଙ୍କ ମାଟ୍ରିକ୍ସ ଏବଂ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ ମଧ୍ୟରେ ଥିଲା। ଏହା ତାପଜ ପ୍ରସାରଣ ଗୁଣାଙ୍କର ମେଳ ନ ଥିବାରୁ ସୃଷ୍ଟି ହେଉଥିବା ତାପଜ ଚାପକୁ ପ୍ରଭାବଶାଳୀ ଭାବରେ ହ୍ରାସ କରିପାରିବ।
ବିଶ୍ଳେଷଣରୁ ଜଣାପଡ଼ିଛି ଯେ SiCw ପରିମାଣ ବୃଦ୍ଧି ସହିତ, ଆବରଣରେ ଫାଟର ଆକାର ଏବଂ ସଂଖ୍ୟା ହ୍ରାସ ପାଏ। 1100 ℃ ବାୟୁରେ 10 ଘଣ୍ଟା ଅକ୍ସିଡେସନ ପରେ, ଆବରଣ ନମୁନାର ଓଜନ ହ୍ରାସ ହାର କେବଳ 0.87% ~ 8.87% ହୋଇଥାଏ, ଏବଂ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ ଆବରଣର ଅକ୍ସିଡେସନ ପ୍ରତିରୋଧ ଏବଂ ତାପଜ ଆଘାତ ପ୍ରତିରୋଧ ବହୁତ ଉନ୍ନତ ହୋଇଥାଏ। ସମଗ୍ର ପ୍ରସ୍ତୁତି ପ୍ରକ୍ରିୟା ରାସାୟନିକ ବାଷ୍ପ ଜମା ଦ୍ୱାରା ନିରନ୍ତର ସମାପ୍ତ ହୁଏ, ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ ଆବରଣର ପ୍ରସ୍ତୁତି ବହୁତ ସରଳୀକୃତ ହୁଏ, ଏବଂ ସମଗ୍ର ନୋଜଲର ବ୍ୟାପକ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ସୁଦୃଢ଼ ହୁଏ।
ଗବେଷକମାନେ czohr monocrystal ସିଲିକନ୍ ପାଇଁ ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ ଗାଇଡ୍ ଟ୍ୟୁବ୍ର ମାଟ୍ରିକ୍ସ ଶକ୍ତିଶାଳୀକରଣ ଏବଂ ପୃଷ୍ଠ ଆବରଣର ଏକ ପଦ୍ଧତି ପ୍ରସ୍ତାବ ଦେଇଥିଲେ। ପ୍ରାପ୍ତ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ ସ୍ଲରିକୁ ବ୍ରଶ୍ ଆବରଣ କିମ୍ବା ସ୍ପ୍ରେ ଆବରଣ ପଦ୍ଧତି ଦ୍ୱାରା 30~50 μm ଆବରଣ ଘନତା ସହିତ ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ ଗାଇଡ୍ ଟ୍ୟୁବ୍ର ପୃଷ୍ଠରେ ସମାନ ଭାବରେ ଆବରଣ କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ତାପରେ ଇନ-ସିଟୁ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ପାଇଁ ଏକ ଉଚ୍ଚ ତାପମାତ୍ରା ଫର୍ଣ୍ଣେସ୍ରେ ରଖାଯାଇଥିଲା, ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ତାପମାତ୍ରା 1850~2300 ℃ ଥିଲା, ଏବଂ ତାପ ସଂରକ୍ଷଣ 2~6h ଥିଲା। SiC ବାହ୍ୟ ସ୍ତରକୁ 24 ଇଞ୍ଚ (60.96 ସେମି) ସିଙ୍ଗଲ୍ ସ୍ଫଟିକ୍ ବୃଦ୍ଧି ଫର୍ଣ୍ଣେସ୍ରେ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇପାରିବ, ଏବଂ ବ୍ୟବହାର ତାପମାତ୍ରା 1500 ℃, ଏବଂ ଏହା ଦେଖାଯାଏ ଯେ 1500 ଘଣ୍ଟା ପରେ ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ ଗାଇଡ୍ ସିଲିଣ୍ଡରର ପୃଷ୍ଠରେ କୌଣସି ଫାଟିବା ଏବଂ ପାଉଡର ପଡ଼ିବା ନାହିଁ।
୧.୩ ଇନସୁଲେସନ ସିଲିଣ୍ଡରରେ ପ୍ରୟୋଗ ଏବଂ ଗବେଷଣା ପ୍ରଗତି
ମୋନୋକ୍ରିଷ୍ଟାଲାଇନ୍ ସିଲିକନ୍ ଥର୍ମାଲ୍ ଫିଲ୍ଡ ସିଷ୍ଟମର ପ୍ରମୁଖ ଉପାଦାନ ମଧ୍ୟରୁ ଗୋଟିଏ ଭାବରେ, ଇନସୁଲେସନ୍ ସିଲିଣ୍ଡର ମୁଖ୍ୟତଃ ତାପ କ୍ଷତି ହ୍ରାସ କରିବା ଏବଂ ତାପ କ୍ଷେତ୍ର ପରିବେଶର ତାପମାତ୍ରା ଗ୍ରାଡିଏଣ୍ଟକୁ ନିୟନ୍ତ୍ରଣ କରିବା ପାଇଁ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ। ସିଙ୍ଗଲ୍ ସ୍ଫଟିକ୍ ଫର୍ଣ୍ଣେସର ଭିତର କାନ୍ଥ ଇନସୁଲେସନ୍ ସ୍ତରର ଏକ ସହାୟକ ଅଂଶ ଭାବରେ, ସିଲିକନ୍ ବାଷ୍ପ କ୍ଷୟ ଯୋଗୁଁ ଉତ୍ପାଦର ସ୍ଲାଗ୍ ପଡ଼ିଯାଏ ଏବଂ ଫାଟିଯାଏ, ଯାହା ଶେଷରେ ଉତ୍ପାଦ ବିଫଳତା ଆଡ଼କୁ ନେଇଯାଏ।
C/ C-sic କମ୍ପୋଜିଟ୍ ଇନସୁଲେସନ୍ ଟ୍ୟୁବ୍ର ସିଲିକନ୍ ବାଷ୍ପ କ୍ଷୟ ପ୍ରତିରୋଧକୁ ଆହୁରି ବୃଦ୍ଧି କରିବା ପାଇଁ, ଗବେଷକମାନେ ପ୍ରସ୍ତୁତ C/ C-sic କମ୍ପୋଜିଟ୍ ଇନସୁଲେସନ୍ ଟ୍ୟୁବ୍ ଉତ୍ପାଦଗୁଡ଼ିକୁ ରାସାୟନିକ ବାଷ୍ପ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ଫର୍ଣ୍ଣେସ୍ରେ ରଖିଲେ ଏବଂ ରାସାୟନିକ ବାଷ୍ପ ଜମା ପ୍ରକ୍ରିୟା ଦ୍ୱାରା C/ C-sic କମ୍ପୋଜିଟ୍ ଇନସୁଲେସନ୍ ଟ୍ୟୁବ୍ ଉତ୍ପାଦଗୁଡ଼ିକର ପୃଷ୍ଠରେ ଘନ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ ଆବରଣ ପ୍ରସ୍ତୁତ କଲେ। ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ, ଏହି ପ୍ରକ୍ରିୟା ସିଲିକନ୍ ବାଷ୍ପ ଦ୍ୱାରା C/ C-sic କମ୍ପୋଜିଟ୍ର କୋର୍ ଉପରେ କାର୍ବନ ଫାଇବରର କ୍ଷୟକୁ ପ୍ରଭାବଶାଳୀ ଭାବରେ ପ୍ରତିହତ କରିପାରିବ, ଏବଂ ସିଲିକନ୍ ବାଷ୍ପରର କ୍ଷୟ ପ୍ରତିରୋଧ କାର୍ବନ/କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ତୁଳନାରେ 5 ରୁ 10 ଗୁଣ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଥାଏ, ଏବଂ ଇନସୁଲେସନ୍ ସିଲିଣ୍ଡରର ସେବା ଜୀବନ ଏବଂ ତାପଜ କ୍ଷେତ୍ର ପରିବେଶର ସୁରକ୍ଷା ବହୁତ ଉନ୍ନତ ହୋଇଥାଏ।
୨.ନିଷ୍କର୍ଷ ଏବଂ ସମ୍ଭାବନା
ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ ଆବରଣଉଚ୍ଚ ତାପମାତ୍ରାରେ ଏହାର ଉତ୍କୃଷ୍ଟ ଅକ୍ସିଡେସନ ପ୍ରତିରୋଧ ହେତୁ ଏହା କାର୍ବନ/କାରବନ ତାପଜ କ୍ଷେତ୍ର ସାମଗ୍ରୀରେ ଅଧିକରୁ ଅଧିକ ବ୍ୟବହୃତ ହେଉଛି। ମନୋକ୍ରିଷ୍ଟାଲାଇନ୍ ସିଲିକନ୍ ଉତ୍ପାଦନରେ ବ୍ୟବହୃତ କାର୍ବନ/କାରବନ ତାପଜ କ୍ଷେତ୍ର ସାମଗ୍ରୀର ଆକାର ବୃଦ୍ଧି ପାଇବା ସହିତ, ତାପଜ କ୍ଷେତ୍ର ସାମଗ୍ରୀର ପୃଷ୍ଠରେ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ ଆବରଣର ଏକରୂପତା କିପରି ଉନ୍ନତ କରାଯିବ ଏବଂ କାର୍ବନ/କାରବନ ତାପଜ କ୍ଷେତ୍ର ସାମଗ୍ରୀର ସେବା ଜୀବନକୁ କିପରି ଉନ୍ନତ କରାଯିବ ତାହା ଏକ ଜରୁରୀ ସମସ୍ୟା ପାଲଟିଛି ଯାହା ସମାଧାନ କରିବାକୁ ପଡିବ।
ଅନ୍ୟପକ୍ଷରେ, ମୋନୋକ୍ରିଷ୍ଟାଲାଇନ୍ ସିଲିକନ୍ ଶିଳ୍ପର ବିକାଶ ସହିତ, ଉଚ୍ଚ-ଶୁଦ୍ଧତା କାର୍ବନ/କାରବନ ତାପଜ କ୍ଷେତ୍ର ସାମଗ୍ରୀର ଚାହିଦା ମଧ୍ୟ ବୃଦ୍ଧି ପାଉଛି, ଏବଂ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ସମୟରେ SiC ନାନୋଫାଇବରଗୁଡ଼ିକ ମଧ୍ୟ ଆଭ୍ୟନ୍ତରୀଣ କାର୍ବନ ତନ୍ତୁ ଉପରେ ଚାଷ କରାଯାଏ। ପରୀକ୍ଷଣ ଦ୍ୱାରା ପ୍ରସ୍ତୁତ C/ C-ZRC ଏବଂ C/ C-sic ZrC କମ୍ପୋଜିଟର ଗଣନା ଏବଂ ରେଖୀୟ ଆବଲେଶନ ହାର ଯଥାକ୍ରମେ -0.32 mg/s ଏବଂ 2.57 μm/s। C/ C-sic -ZrC କମ୍ପୋଜିଟର ଗଣନା ଏବଂ ରେଖୀୟ ଆବଲେଶନ ହାର ଯଥାକ୍ରମେ -0.24mg/s ଏବଂ 1.66 μm/s। SiC ନାନୋଫାଇବର ସହିତ C/ C-ZRC କମ୍ପୋଜିଟର ଉନ୍ନତ ଆବଲେଶନ ଗୁଣ ଅଛି। ପରେ, SiC ନାନୋଫାଇବରର ବୃଦ୍ଧି ଉପରେ ବିଭିନ୍ନ କାର୍ବନ ଉତ୍ସର ପ୍ରଭାବ ଏବଂ C/ C-ZRC କମ୍ପୋଜିଟର ଅବବଲେଶନ ଗୁଣକୁ ସୁଦୃଢ଼ କରୁଥିବା SiC ନାନୋଫାଇବରର କ୍ରିୟାବିଧି ଅଧ୍ୟୟନ କରାଯିବ।
ରାସାୟନିକ ବାଷ୍ପ ପରିଗମନ ପ୍ରକ୍ରିୟା ଏବଂ ଇନ-ସିଟୁ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ଦ୍ୱାରା ଏକ ମିଶ୍ରିତ ଆବରଣ କାର୍ବନ/କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ କ୍ରୁସିବଲ ପ୍ରସ୍ତୁତ କରାଯାଇଥିଲା। ଏହି ମିଶ୍ରିତ ଆବରଣ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ ଆବରଣ (100~300μm), ସିଲିକନ୍ ଆବରଣ (10~20μm) ଏବଂ ସିଲିକନ୍ ନାଇଟ୍ରାଇଡ୍ ଆବରଣ (50~100μm) ଦ୍ୱାରା ଗଠିତ ଥିଲା, ଯାହା କାର୍ବନ/କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ କ୍ରୁସିବଲର ଭିତର ପୃଷ୍ଠରେ ସିଲିକନ୍ ବାଷ୍ପର କ୍ଷୟକୁ ପ୍ରଭାବଶାଳୀ ଭାବରେ ପ୍ରତିରୋଧ କରିପାରିବ। ଉତ୍ପାଦନ ପ୍ରକ୍ରିୟାରେ, ମିଶ୍ରିତ ଆବରଣ କାର୍ବନ/କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ କ୍ରୁସିବଲର କ୍ଷତି ପ୍ରତି ଫର୍ଣ୍ଣେସ୍ ପାଇଁ 0.04 ମିମି, ଏବଂ ସେବା ଜୀବନ 180 ଫର୍ଣ୍ଣେସ୍ ଥର ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ପହଞ୍ଚିପାରେ।
ପୋଷ୍ଟ ସମୟ: ଫେବୃଆରୀ-୨୨-୨୦୨୪