1 Tillämpning och forskningsframsteg för kiselkarbidbeläggning i kol/kol-termiska fältmaterial
1.1 Tillämpning och forskningsframsteg inom degelberedning
I det termiska enkristallfältet,kol/koldegelanvänds huvudsakligen som bärkärl för kiselmaterial och är i kontakt medkvartsdegel, som visas i figur 2. Arbetstemperaturen för kol/kol-degeln är cirka 1450 ℃, vilken utsätts för dubbel erosion av fast kisel (kiseldioxid) och kiselånga, och slutligen blir degeln tunn eller får en ringspricka, vilket resulterar i att degeln går sönder.
En kompositbeläggning av kol/kol-kompositdegel framställdes genom kemisk ångpermeationsprocess och in-situ-reaktion. Kompositbeläggningen bestod av kiselkarbidbeläggning (100~300 μm), kiselbeläggning (10~20 μm) och kiselnitridbeläggning (50~100 μm), vilket effektivt kunde hämma korrosionen av kiselånga på den inre ytan av kol/kol-kompositdegeln. Under produktionsprocessen är förlusten för den kompositbelagda kol/kol-kompositdegeln 0,04 mm per ugn, och livslängden kan uppgå till 180 ugnstider.
Forskarna använde en kemisk reaktionsmetod för att generera en enhetlig kiselkarbidbeläggning på ytan av kol/kol-kompositdegeln under vissa temperaturförhållanden och för att skydda bärgasen, med kiseldioxid och kiselmetall som råmaterial i en högtemperatursintringsugn. Resultaten visar att högtemperaturbehandlingen inte bara förbättrar renheten och hållfastheten hos kiselkarbidbeläggningen, utan också avsevärt förbättrar slitstyrkan hos kol/kol-kompositens yta, och förhindrar korrosion av degelns yta av SiO2-ånga och flyktiga syreatomer i monokristallkiselugnen. Degelns livslängd ökar med 20 % jämfört med degeln utan kiselkarbidbeläggning.
1.2 Tillämpning och forskningsframsteg inom flödesstyrrör
Styrcylindern är placerad ovanför degeln (som visas i figur 1). Vid kristalldragning är temperaturskillnaden mellan fältets insida och utsida stor, särskilt bottenytan är närmast det smälta kiselmaterialet, temperaturen är högst och korrosionen från kiselånga är den allvarligaste.
Forskarna uppfann en enkel process och god oxidationsbeständighet för styrrörets antioxidationsbeläggning och framställningsmetod. Först odlades ett lager av kiselkarbid-whisker in situ på styrrörets matris, och sedan framställdes ett tätt yttre lager av kiselkarbid, så att ett SiCw-övergångsskikt bildades mellan matrisen och det täta ytskiktet av kiselkarbid, såsom visas i figur 3. Värmeutvidgningskoefficienten var mellan matrisen och kiselkarbiden. Detta kan effektivt minska den termiska stressen som orsakas av obalansen i värmeutvidgningskoefficienten.
Analysen visar att med ökande SiCw-halt minskar storleken och antalet sprickor i beläggningen. Efter 10 timmars oxidation i 1100 ℃ luft är viktförlusten för beläggningsprovet endast 0,87 % ~ 8,87 %, och oxidationsbeständigheten och termisk chockbeständigheten hos kiselkarbidbeläggningen förbättras avsevärt. Hela framställningsprocessen genomförs kontinuerligt genom kemisk ångavsättning, vilket förenklar framställningen av kiselkarbidbeläggningen avsevärt och stärker hela munstyckets övergripande prestanda.
Forskarna föreslog en metod för matrisförstärkning och ytbeläggning av grafitstyrrör för czohr monokristallkisel. Den erhållna kiselkarbiduppslamningen belades jämnt på ytan av grafitstyrröret med en beläggningstjocklek på 30~50 μm med hjälp av penselbeläggning eller spraybeläggningsmetod, och placerades sedan i en högtemperaturugn för in-situ-reaktion, reaktionstemperaturen var 1850~2300 ℃, och värmebevarandet var 2~6 timmar. Det yttre kiselkarbidskiktet kan användas i en 24 tum (60,96 cm) enkristalltillväxtugn, och användningstemperaturen är 1500 ℃, och det konstaterades att det inte finns någon sprickbildning eller fallande pulver på ytan av grafitstyrcylindern efter 1500 timmar.
1.3 Tillämpning och forskningsframsteg inom isoleringscylinder
Som en av nyckelkomponenterna i det monokristallina kiselvärmefältsystemet används isoleringscylindern huvudsakligen för att minska värmeförluster och kontrollera temperaturgradienten i den termiska fältmiljön. Som en stödjande del av det inre väggisoleringsskiktet i enkristallugn leder kiselångkorrosion till slaggfall och sprickbildning i produkten, vilket så småningom leder till produktfel.
För att ytterligare förbättra kiselångkorrosionsbeständigheten hos C/C-sic-kompositisoleringsröret, placerade forskarna de framställda C/C-sic-kompositisoleringsrörsprodukterna i en kemisk ångreaktionsugn och framställde en tät kiselkarbidbeläggning på ytan av C/C-sic-kompositisoleringsrörsprodukterna genom kemisk ångavsättningsprocess. Resultaten visar att processen effektivt kan hämma korrosionen av kolfiber på kärnan av C/C-sic-kompositen orsakad av kiselånga, och korrosionsbeständigheten hos kiselånga ökar 5 till 10 gånger jämfört med kol/kol-komposit, och isoleringscylinderns livslängd och säkerheten i den termiska fältmiljön förbättras avsevärt.
2. Slutsats och framtidsutsikter
Kiselkarbidbeläggninganvänds alltmer i kol/kol-termiska fältmaterial på grund av dess utmärkta oxidationsbeständighet vid hög temperatur. Med den ökande storleken på kol/kol-termiska fältmaterial som används i produktion av monokristallint kisel har det blivit ett brådskande problem att lösa hur man förbättrar jämnheten hos kiselkarbidbeläggningen på ytan av termiska fältmaterial och förbättrar livslängden för kol/kol-termiska fältmaterial.
Å andra sidan, med utvecklingen av den monokristallina kiselindustrin, ökar också efterfrågan på högrena kol/kol-termofältmaterial, och SiC-nanofibrer odlas också på de interna kolfibrerna under reaktionen. Massablationshastigheterna och de linjära ablationshastigheterna för C/C-ZRC och C/C-sic ZrC-kompositer framställda genom experiment är -0,32 mg/s respektive 2,57 μm/s. Massablationshastigheterna och linjeablationshastigheterna för C/C-sic-ZrC-kompositer är -0,24 mg/s respektive 1,66 μm/s. C/C-ZRC-kompositerna med SiC-nanofibrer har bättre ablativa egenskaper. Senare kommer effekterna av olika kolkällor på tillväxten av SiC-nanofibrer och mekanismen för SiC-nanofibrers förstärkning av de ablativa egenskaperna hos C/C-ZRC-kompositer att studeras.
En kompositbeläggning av kol/kol-kompositdegel framställdes genom kemisk ångpermeationsprocess och in-situ-reaktion. Kompositbeläggningen bestod av kiselkarbidbeläggning (100~300 μm), kiselbeläggning (10~20 μm) och kiselnitridbeläggning (50~100 μm), vilket effektivt kunde hämma korrosionen av kiselånga på den inre ytan av kol/kol-kompositdegeln. Under produktionsprocessen är förlusten för den kompositbelagda kol/kol-kompositdegeln 0,04 mm per ugn, och livslängden kan uppgå till 180 ugnstider.
Publiceringstid: 22 februari 2024