1 Aplicação e progresso da pesquisa de revestimento de carboneto de silício em materiais de campo térmico de carbono/carbono
1.1 Aplicação e progresso da pesquisa na preparação de cadinhos
No campo térmico de cristal único, ocadinho de carbono/carbonoé usado principalmente como um recipiente de transporte de material de silício e está em contato com ocadinho de quartzo, conforme mostrado na Figura 2. A temperatura de trabalho do cadinho de carbono/carbono é de cerca de 1450℃, que é submetido à erosão dupla do silício sólido (dióxido de silício) e do vapor de silício e, finalmente, o cadinho fica fino ou apresenta uma rachadura no anel, resultando na falha do cadinho.
Um cadinho de carbono/carbono com revestimento composto foi preparado por permeação química de vapor e reação in situ. O revestimento composto foi composto por carboneto de silício (100 a 300 μm), silício (10 a 20 μm) e nitreto de silício (50 a 100 μm), o que inibe eficazmente a corrosão por vapor de silício na superfície interna do cadinho de carbono/carbono. Durante o processo de produção, a perda de calor do cadinho de carbono/carbono com revestimento composto é de 0,04 mm por forno, e a vida útil pode chegar a 180 fornos.
Os pesquisadores utilizaram um método de reação química para gerar um revestimento uniforme de carboneto de silício na superfície do cadinho composto de carbono/carbono sob determinadas condições de temperatura e com a proteção do gás de arraste, utilizando dióxido de silício e silício metálico como matérias-primas em um forno de sinterização de alta temperatura. Os resultados mostram que o tratamento de alta temperatura não apenas melhora a pureza e a resistência do revestimento de sic, como também melhora significativamente a resistência ao desgaste da superfície do compósito de carbono/carbono, além de prevenir a corrosão da superfície do cadinho por vapor de SiO e átomos de oxigênio voláteis no forno de silício monocristalino. A vida útil do cadinho é aumentada em 20% em comparação com a do cadinho sem revestimento de sic.
1.2 Aplicação e progresso da pesquisa em tubo guia de fluxo
O cilindro guia está localizado acima do cadinho (conforme mostrado na Figura 1). Durante o processo de extração do cristal, a diferença de temperatura entre o interior e o exterior do campo é grande, especialmente a superfície inferior, que é a mais próxima do material de silício fundido, onde a temperatura é mais elevada e a corrosão por vapor de silício é a mais grave.
Os pesquisadores desenvolveram um processo simples e com boa resistência à oxidação para o revestimento antioxidante e o método de preparação do tubo guia. Primeiramente, uma camada de whiskers de carboneto de silício foi cultivada in situ na matriz do tubo guia e, em seguida, uma camada externa densa de carboneto de silício foi preparada, de modo que uma camada de transição de SiCw foi formada entre a matriz e a camada superficial densa de carboneto de silício, conforme mostrado na Figura 3. O coeficiente de expansão térmica foi estabelecido entre a matriz e o carboneto de silício. Isso pode reduzir efetivamente o estresse térmico causado pela incompatibilidade do coeficiente de expansão térmica.
A análise mostra que, com o aumento do teor de SiCw, o tamanho e o número de trincas no revestimento diminuem. Após 10 horas de oxidação em ar a 1100 °C, a taxa de perda de peso da amostra de revestimento é de apenas 0,87% a 8,87%, e a resistência à oxidação e ao choque térmico do revestimento de carboneto de silício é significativamente melhorada. Todo o processo de preparação é realizado continuamente por deposição química de vapor, simplificando significativamente a preparação do revestimento de carboneto de silício e fortalecendo o desempenho geral de todo o bico.
Os pesquisadores propuseram um método para o reforço da matriz e o revestimento da superfície do tubo guia de grafite para silício monocristal Czohr. A pasta de carboneto de silício obtida foi uniformemente aplicada na superfície do tubo guia de grafite com uma espessura de 30 a 50 μm, utilizando-se o método de revestimento por pincel ou pulverização, e, em seguida, colocada em um forno de alta temperatura para reação in situ. A temperatura de reação foi de 1850 a 2300 ℃ e a preservação do calor foi de 2 a 6 horas. A camada externa de SiC pode ser usada em um forno de crescimento de cristal único de 60,96 cm (24 pol.), com uma temperatura de uso de 1500 ℃. Após 1500 horas, não houve rachaduras nem queda de pó na superfície do cilindro guia de grafite.
1.3 Aplicação e progresso da pesquisa em cilindros isolantes
Como um dos principais componentes do sistema de campo térmico de silício monocristalino, o cilindro de isolamento é usado principalmente para reduzir a perda de calor e controlar o gradiente de temperatura do ambiente do campo térmico. Como parte de suporte da camada de isolamento da parede interna do forno de cristal único, a corrosão por vapor de silício leva à queda de escória e à formação de rachaduras no produto, o que eventualmente leva à falha do produto.
Para aumentar ainda mais a resistência à corrosão por vapor de silício do tubo isolante composto de C/C-sic, os pesquisadores colocaram os produtos de tubo isolante composto de C/C-sic preparados em um forno de reação química de vapor e prepararam um revestimento denso de carboneto de silício na superfície do tubo isolante composto de C/C-sic por deposição química de vapor. Os resultados mostram que o processo pode inibir eficazmente a corrosão da fibra de carbono no núcleo do compósito de C/C-sic pelo vapor de silício, e a resistência à corrosão do vapor de silício é aumentada de 5 a 10 vezes em comparação com o compósito carbono/carbono, e a vida útil do cilindro isolante e a segurança do ambiente de campo térmico são significativamente melhoradas.
2.Conclusão e perspectiva
Revestimento de carboneto de silícioé cada vez mais utilizado em materiais de campo térmico de carbono/carbono devido à sua excelente resistência à oxidação em altas temperaturas. Com o aumento do tamanho dos materiais de campo térmico de carbono/carbono utilizados na produção de silício monocristalino, como melhorar a uniformidade do revestimento de carboneto de silício na superfície dos materiais de campo térmico e aumentar sua vida útil tornou-se um problema urgente a ser resolvido.
Por outro lado, com o desenvolvimento da indústria de silício monocristalino, a demanda por materiais de campo térmico de carbono/carbono de alta pureza também está aumentando, e nanofibras de SiC também são cultivadas nas fibras de carbono internas durante a reação. As taxas de ablação em massa e ablação linear dos compósitos C/C-ZRC e C/C-sic ZrC preparados por experimentos são de -0,32 mg/s e 2,57 μm/s, respectivamente. As taxas de ablação em massa e linha dos compósitos C/C-sic -ZrC são de -0,24 mg/s e 1,66 μm/s, respectivamente. Os compósitos C/C-ZRC com nanofibras de SiC têm melhores propriedades ablativas. Posteriormente, serão estudados os efeitos de diferentes fontes de carbono no crescimento de nanofibras de SiC e o mecanismo das nanofibras de SiC que reforçam as propriedades ablativas dos compósitos C/C-ZRC.
Um cadinho de carbono/carbono com revestimento composto foi preparado por permeação química de vapor e reação in situ. O revestimento composto foi composto por carboneto de silício (100 a 300 μm), silício (10 a 20 μm) e nitreto de silício (50 a 100 μm), o que inibe eficazmente a corrosão por vapor de silício na superfície interna do cadinho de carbono/carbono. Durante o processo de produção, a perda de calor do cadinho de carbono/carbono com revestimento composto é de 0,04 mm por forno, e a vida útil pode chegar a 180 fornos.
Horário da publicação: 22 de fevereiro de 2024