1 Zastosowanie i postęp badań powłoki węglika krzemu w materiałach termicznych typu węgiel/węgiel
1.1 Zastosowanie i postęp badań w przygotowaniu tygli
W polu termicznym pojedynczego kryształu,tygiel węglowy/węglowyjest głównie używany jako naczynie transportowe do materiału silikonowego i ma kontakt ztygiel kwarcowy, jak pokazano na rysunku 2. Temperatura robocza tygla węgiel/węgiel wynosi około 1450℃, który jest poddawany podwójnej erozji stałego krzemu (dwutlenku krzemu) i pary krzemu, a na koniec tygiel staje się cienki lub ma pęknięcie pierścieniowe, co powoduje awarię tygla.
Powłoka kompozytowa tygla węglowo-węglowego została przygotowana poprzez proces chemicznej permeacji pary i reakcję in-situ. Powłoka kompozytowa składała się z powłoki węglika krzemu (100~300μm), powłoki krzemowej (10~20μm) i powłoki azotku krzemu (50~100μm), które mogły skutecznie hamować korozję oparów krzemu na wewnętrznej powierzchni tygla kompozytowego węglowo-węglowego. W procesie produkcyjnym strata powlekanego kompozytem tygla węglowo-węglowego wynosi 0,04 mm na piec, a żywotność może osiągnąć 180 razy w piecu.
Naukowcy zastosowali metodę reakcji chemicznej, aby wytworzyć jednorodną powłokę z węglika krzemu na powierzchni tygla kompozytowego węgiel/węgiel w określonych warunkach temperaturowych i przy ochronie gazu nośnego, wykorzystując dwutlenek krzemu i metaliczny krzem jako surowce w piecu do spiekania w wysokiej temperaturze. Wyniki pokazują, że obróbka w wysokiej temperaturze nie tylko poprawia czystość i wytrzymałość powłoki sic, ale także znacznie poprawia odporność na zużycie powierzchni kompozytu węgiel/węgiel i zapobiega korozji powierzchni tygla przez pary SiO i lotne atomy tlenu w monokrystalicznym piecu krzemowym. Żywotność tygla jest zwiększona o 20% w porównaniu z tyglem bez powłoki sic.
1.2 Postępy w badaniach i zastosowaniach rurki prowadzącej przepływ
Cylinder prowadzący znajduje się nad tyglem (jak pokazano na rysunku 1). W procesie wyciągania kryształu różnica temperatur między wnętrzem i zewnętrzem pola jest duża, szczególnie dolna powierzchnia jest najbliższa stopionemu materiałowi krzemowemu, temperatura jest najwyższa, a korozja spowodowana oparami krzemu jest najpoważniejsza.
Naukowcy wynaleźli prosty proces i dobrą odporność na utlenianie powłoki antyoksydacyjnej rurki prowadzącej i metodę przygotowania. Najpierw warstwa wiskerów węglika krzemu została wyhodowana in situ na matrycy rurki prowadzącej, a następnie przygotowano gęstą zewnętrzną warstwę węglika krzemu, tak aby utworzyła się warstwa przejściowa SiCw pomiędzy matrycą a gęstą warstwą powierzchniową węglika krzemu, jak pokazano na rysunku 3. Współczynnik rozszerzalności cieplnej znajdował się pomiędzy matrycą a węglikiem krzemu. Może on skutecznie zmniejszyć naprężenie cieplne spowodowane niedopasowaniem współczynnika rozszerzalności cieplnej.
Analiza pokazuje, że wraz ze wzrostem zawartości SiCw, rozmiar i liczba pęknięć w powłoce zmniejszają się. Po 10 godzinach utleniania w powietrzu o temperaturze 1100 ℃, wskaźnik utraty wagi próbki powłoki wynosi tylko 0,87%~8,87%, a odporność na utlenianie i odporność na szok termiczny powłoki węglika krzemu są znacznie poprawione. Cały proces przygotowania jest realizowany w sposób ciągły poprzez chemiczne osadzanie z fazy gazowej, przygotowanie powłoki węglika krzemu jest znacznie uproszczone, a kompleksowa wydajność całej dyszy jest wzmocniona.
Naukowcy zaproponowali metodę wzmocnienia matrycy i powlekania powierzchni grafitowej rury prowadzącej dla monokrystalicznego krzemu czohr. Uzyskana zawiesina węglika krzemu została równomiernie pokryta na powierzchni grafitowej rury prowadzącej o grubości powłoki 30~50 μm metodą powlekania pędzlem lub natryskowego, a następnie umieszczona w piecu wysokotemperaturowym w celu przeprowadzenia reakcji in-situ, temperatura reakcji wynosiła 1850~2300 ℃, a konserwacja cieplna wynosiła 2~6 godzin. Zewnętrzną warstwę SiC można stosować w 24-calowym (60,96 cm) piecu do wzrostu monokryształów, a temperatura użytkowania wynosi 1500 ℃, a stwierdzono, że nie ma pęknięć ani opadającego proszku na powierzchni grafitowego cylindra prowadzącego po 1500 godzinach.
1.3 Zastosowanie i postęp badań w zakresie cylindrów izolacyjnych
Jako jeden z kluczowych elementów układu pola cieplnego z monokrystalicznego krzemu, cylinder izolacyjny jest głównie używany do redukcji strat ciepła i kontrolowania gradientu temperatury środowiska pola cieplnego. Jako część nośna wewnętrznej warstwy izolacyjnej ściany pieca monokrystalicznego, korozja par krzemu prowadzi do odpadania żużla i pękania produktu, co ostatecznie prowadzi do awarii produktu.
Aby jeszcze bardziej zwiększyć odporność na korozję oparów krzemu w rurze izolacyjnej kompozytowej C/ C-sic, badacze umieścili przygotowane produkty rur izolacyjnych kompozytowych C/ C-sic w piecu do chemicznej reakcji parowej i przygotowali gęstą powłokę z węglika krzemu na powierzchni produktów rur izolacyjnych kompozytowych C/ C-sic poprzez proces osadzania chemicznego z fazy gazowej. Wyniki pokazują, że proces może skutecznie hamować korozję włókna węglowego na rdzeniu kompozytu C/ C-sic przez opary krzemu, a odporność na korozję oparów krzemu jest zwiększona od 5 do 10 razy w porównaniu z kompozytem węgiel/węgiel, a żywotność cylindra izolacyjnego i bezpieczeństwo środowiska pola cieplnego są znacznie poprawione.
2.Wnioski i perspektywy
Powłoka z węglika krzemujest coraz szerzej stosowany w materiałach pola termicznego węgiel/węgiel ze względu na doskonałą odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze. Wraz ze wzrostem wielkości materiałów pola termicznego węgiel/węgiel stosowanych w produkcji monokrystalicznego krzemu, jak poprawić jednorodność powłoki węglika krzemu na powierzchni materiałów pola termicznego i wydłużyć żywotność materiałów pola termicznego węgiel/węgiel stało się pilnym problemem do rozwiązania.
Z drugiej strony, wraz z rozwojem przemysłu monokrystalicznego krzemu, wzrasta również zapotrzebowanie na materiały pola termicznego węgiel/węgiel o wysokiej czystości, a nanowłókna SiC są również hodowane na wewnętrznych włóknach węglowych podczas reakcji. Masowe i liniowe szybkości ablacji kompozytów C/ C-ZRC i C/ C-sic ZrC przygotowanych eksperymentalnie wynoszą odpowiednio -0,32 mg/s i 2,57 μm/s. Masowe i liniowe szybkości ablacji kompozytów C/ C-sic -ZrC wynoszą odpowiednio -0,24 mg/s i 1,66 μm/s. Kompozyty C/ C-ZRC z nanowłóknami SiC mają lepsze właściwości ablacyjne. Później zostaną zbadane efekty różnych źródeł węgla na wzrost nanowłókien SiC i mechanizm wzmacniania przez nanowłókna SiC właściwości ablacyjnych kompozytów C/ C-ZRC.
Powłoka kompozytowa tygla węglowo-węglowego została przygotowana poprzez proces chemicznej permeacji pary i reakcję in-situ. Powłoka kompozytowa składała się z powłoki węglika krzemu (100~300μm), powłoki krzemowej (10~20μm) i powłoki azotku krzemu (50~100μm), które mogły skutecznie hamować korozję oparów krzemu na wewnętrznej powierzchni tygla kompozytowego węglowo-węglowego. W procesie produkcyjnym strata powlekanego kompozytem tygla węglowo-węglowego wynosi 0,04 mm na piec, a żywotność może osiągnąć 180 razy w piecu.
Czas publikacji: 22-02-2024