1 Примена и напредак истраживања силицијум карбидних премаза у угљенично-угљеничним термичким пољским материјалима
1.1 Примена и напредак истраживања у припреми лончића
У термичком пољу монокристала,угљеник/угљеник лончићсе углавном користи као посуда за ношење силицијумског материјала и у контакту је сакварцни лончић, као што је приказано на слици 2. Радна температура угљеничног/угљеничног лончића је око 1450℃, који је подвргнут двострукој ерозији чврстог силицијума (силицијум диоксида) и силицијумске паре, и на крају лончић постаје танак или има прстенасту пукотину, што доводи до квара лончића.
Композитни премаз од угљеничног/угљеничног лончића је припремљен поступком хемијске пермеације паре и реакцијом in-situ. Композитни премаз је састављен од премаза силицијум карбида (100~300μm), силицијумског премаза (10~20μm) и премаза силицијум нитрида (50~100μm), који је могао ефикасно да инхибира корозију силицијумских пара на унутрашњој површини угљенично/угљеничног композитног лончића. Током производног процеса, губитак композитног премаза од угљеничног/угљеничног композитног лончића је 0,04 мм по пећи, а век трајања може достићи 180 пећи.
Истраживачи су користили метод хемијске реакције да би генерисали једноличан премаз силицијум карбида на површини лончића од угљеничног/угљеничног композита под одређеним температурним условима и заштитом гаса носача, користећи силицијум диоксид и метал силицијум као сировине у пећи за синтеровање на високој температури. Резултати показују да третман на високој температури не само да побољшава чистоћу и чврстоћу сиц премаза, већ и значајно побољшава отпорност на хабање површине угљенично/угљеничног композита и спречава корозију површине лончића парама SiO2 и испарљивим атомима кисеоника у пећи од монокристалног силицијума. Век трајања лончића је повећан за 20% у поређењу са лончићем без сиц премаза.
1.2 Примена и напредак истраживања цеви за вођење протока
Водећи цилиндар се налази изнад лончића (као што је приказано на слици 1). У процесу извлачења кристала, температурна разлика између унутрашњег и спољашњег поља је велика, посебно доња површина је најближа растопљеном силицијумском материјалу, температура је највиша, а корозија силицијумским парама је најозбиљнија.
Истраживачи су изумели једноставан поступак и добру отпорност на оксидацију антиоксидационог премаза водилице цеви и метод припреме. Прво, слој силицијум карбидних влакана је in situ узгајан на матрици водилице цеви, а затим је припремљен густи спољашњи слој силицијум карбида, тако да је формиран SiCw прелазни слој између матрице и густог површинског слоја силицијум карбида, као што је приказано на слици 3. Коефицијент термичког ширења је био између матрице и силицијум карбида. То може ефикасно смањити термички напон изазван неусклађеношћу коефицијента термичког ширења.
Анализа показује да се са повећањем садржаја SiCw, величина и број пукотина у премазу смањују. Након 10 сати оксидације на ваздуху температуре 1100 ℃, стопа губитка тежине узорка премаза је само 0,87%~8,87%, а отпорност на оксидацију и отпорност на термички удар силицијум-карбидног премаза су значајно побољшане. Читав процес припреме се континуирано завршава хемијским таложењем из паре, припрема силицијум-карбидног премаза је значајно поједностављена, а свеобухватне перформансе целе млазнице су побољшане.
Истраживачи су предложили метод ојачавања матрице и површинског премаза графитне водилице за цзор монокристални силицијум. Добијена суспензија силицијум карбида је равномерно нанесена на површину графитне водилице са дебљином премаза од 30~50 μм методом наношења четком или прскањем, а затим је стављена у пећ на високој температури за in-situ реакцију, температура реакције је била 1850~2300 ℃, а очување топлоте је било 2~6 сати. Спољни слој SiC може се користити у пећи за раст монокристала пречника 24 инча (60,96 цм), а температура употребе је 1500 ℃, и утврђено је да нема пуцања и отпадања праха на површини графитне водилице након 1500 сати.
1.3 Примена и напредак истраживања изолационог цилиндра
Као једна од кључних компоненти система термичког поља од монокристалног силицијума, изолациони цилиндар се углавном користи за смањење губитка топлоте и контролу температурног градијента окружења термичког поља. Као носећи део унутрашњег зида изолационог слоја монокристалне пећи, корозија силицијумске паре доводи до пада шљаке и пуцања производа, што на крају доводи до квара производа.
Да би се додатно побољшала отпорност C/C-sic композитне изолационе цеви на корозију силицијумским парама, истраживачи су ставили припремљене C/C-sic композитне изолационе цеви у пећ за хемијску реакцију паром и припремили густи силицијум-карбидни премаз на површини C/C-sic композитних изолационих цеви поступком хемијског наношења паром. Резултати показују да поступак може ефикасно инхибирати корозију угљеничних влакана на језгру C/C-sic композита силицијумским парама, а отпорност силицијумских пара је повећана 5 до 10 пута у поређењу са угљеник/угљеничним композитом, а век трајања изолационог цилиндра и безбедност термичког поља су значајно побољшани.
2. Закључак и перспективе
Силицијум карбид премазсве се више користи у угљенично-угљеничним термичким материјалима због своје одличне отпорности на оксидацију на високим температурама. Са повећањем величине угљенично-угљеничних термичких материјала који се користе у производњи монокристалног силицијума, како побољшати уједначеност силицијум-карбидног премаза на површини термичких материјала и продужити век трајања термичких материјала од угљеника/угљеника постао је хитан проблем који треба решити.
С друге стране, са развојем индустрије монокристалног силицијума, потражња за термичким пољским материјалима угљеник/угљеник високе чистоће такође расте, а SiC нановлакна се такође узгајају на унутрашњим угљеничним влакнима током реакције. Брзине масене аблације и линеарне аблације C/C-ZRC и C/C-sic ZrC композита припремљених експериментима су -0,32 мг/с и 2,57 μм/с, респективно. Брзине масене и линеарне аблације C/C-sic-ZrC композита су -0,24 мг/с и 1,66 μм/с, респективно. C/C-ZRC композити са SiC нановлакнима имају боља аблативна својства. Касније ће бити проучени ефекти различитих извора угљеника на раст SiC нановлакана и механизам SiC нановлакана који појачавају аблативна својства C/C-ZRC композита.
Композитни премаз од угљеничног/угљеничног лончића је припремљен поступком хемијске пермеације паре и реакцијом in-situ. Композитни премаз је састављен од премаза силицијум карбида (100~300μm), силицијумског премаза (10~20μm) и премаза силицијум нитрида (50~100μm), који је могао ефикасно да инхибира корозију силицијумских пара на унутрашњој површини угљенично/угљеничног композитног лончића. Током производног процеса, губитак композитног премаза од угљеничног/угљеничног композитног лончића је 0,04 мм по пећи, а век трајања може достићи 180 пећи.
Време објаве: 22. фебруар 2024.