Matumizi na maendeleo ya utafiti wa mipako ya SiC katika vifaa vya uwanja wa joto wa kaboni/kaboni kwa silicon-2 ya monocrystalline

1 Utumiaji na maendeleo ya utafiti wa mipako ya karbidi ya silikoni katika nyenzo za uwanja wa joto wa kaboni/kaboni

1.1 Maendeleo ya matumizi na utafiti katika maandalizi ya crucible

Katika uwanja mmoja wa joto wa fuwele,kinu cha kaboni/kabonihutumika zaidi kama chombo cha kubebea vifaa vya silikoni na huwasiliana nakitoweo cha quartz, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2. Halijoto ya kufanya kazi ya kinu cha kaboni/kaboni ni takriban 1450°C, ambacho hupitia mmomonyoko maradufu wa siliconi ngumu (silicon dioxide) na mvuke wa silicon, na hatimaye kinu cha kaboni huwa nyembamba au kina ufa wa pete, na kusababisha kuharibika kwa kinu cha kaboni.

Kifuniko cha mchanganyiko wa kaboni/kaboni kilitayarishwa kwa mchakato wa upenyezaji wa mvuke wa kemikali na mmenyuko wa ndani. Kifuniko cha mchanganyiko kiliundwa na mipako ya kaboni ya silikoni (100~300μm), mipako ya silicon (10~20μm) na mipako ya nitridi ya silikoni (50~100μm), ambayo inaweza kuzuia kwa ufanisi kutu wa mvuke wa silikoni kwenye uso wa ndani wa kifuniko cha mchanganyiko wa kaboni/kaboni. Katika mchakato wa uzalishaji, upotevu wa kifuniko cha mchanganyiko wa kaboni/kaboni kilichofunikwa kwa mchanganyiko ni 0.04 mm kwa kila tanuru, na maisha ya huduma yanaweza kufikia mara 180 za tanuru.

Watafiti walitumia mbinu ya mmenyuko wa kemikali ili kutengeneza mipako ya kaboni ya silikoni sawa juu ya uso wa chombo cha kuchomea kaboni/kaboni chini ya hali fulani za joto na ulinzi wa gesi inayobeba, kwa kutumia silicon dioksidi na chuma cha silikoni kama malighafi katika tanuru ya kuchomea yenye joto la juu. Matokeo yanaonyesha kuwa matibabu ya halijoto ya juu sio tu kwamba yanaboresha usafi na nguvu ya mipako ya silikoni, lakini pia huboresha sana upinzani wa uchakavu wa uso wa chombo cha kuchomea kaboni/kaboni, na huzuia kutu wa uso wa chombo cha kuchomea kaboni na mvuke wa SiO2 na atomi za oksijeni tete katika tanuru ya silikoni ya monocrystal. Maisha ya huduma ya chombo cha kuchomea kaboni huongezeka kwa 20% ikilinganishwa na yale ya chombo cha kuchomea kaboni bila mipako ya silikoni.

1.2 Maendeleo ya matumizi na utafiti katika bomba la mwongozo wa mtiririko

Silinda ya mwongozo iko juu ya kitunguu (kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1). Katika mchakato wa kuvuta fuwele, tofauti ya halijoto kati ya ndani na nje ya uwanja ni kubwa, hasa uso wa chini uko karibu zaidi na nyenzo ya silikoni iliyoyeyuka, halijoto ni ya juu zaidi, na kutu kutokana na mvuke wa silikoni ndio mbaya zaidi.

Watafiti walivumbua mchakato rahisi na upinzani mzuri wa oksidi wa mipako ya kuzuia oksidi ya bomba la mwongozo na mbinu ya maandalizi. Kwanza, safu ya masharubu ya karabidi ya silikoni ilipandwa ndani ya tumbo la bomba la mwongozo, na kisha safu ya nje ya karabidi ya silikoni mnene ilitayarishwa, ili safu ya mpito ya SiCw iundwe kati ya tumbo na safu ya uso wa karabidi ya silikoni mnene, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3. Mgawo wa upanuzi wa joto ulikuwa kati ya tumbo na karabidi ya silikoni. Inaweza kupunguza kwa ufanisi mkazo wa joto unaosababishwa na kutolingana kwa mgawo wa upanuzi wa joto.

Uchambuzi unaonyesha kwamba kwa kuongezeka kwa kiwango cha SiCw, ukubwa na idadi ya nyufa katika mipako hupungua. Baada ya oksidi ya saa 10 katika hewa ya 1100 ℃, kiwango cha kupunguza uzito wa sampuli ya mipako ni 0.87% ~ 8.87% pekee, na upinzani wa oksidi na upinzani wa mshtuko wa joto wa mipako ya kabidi ya silicon huboreshwa sana. Mchakato mzima wa maandalizi hukamilishwa mfululizo kwa uwekaji wa mvuke wa kemikali, utayarishaji wa mipako ya kabidi ya silicon hurahisishwa sana, na utendaji kamili wa pua nzima huimarishwa.

Watafiti walipendekeza njia ya kuimarisha matrix na mipako ya uso wa bomba la mwongozo wa grafiti kwa silikoni ya monocrystal ya czohr. Tope la kabidi ya silikoni lililopatikana lilifunikwa kwa usawa juu ya uso wa bomba la mwongozo wa grafiti na unene wa mipako wa 30~50 μm kwa kutumia brashi au njia ya mipako ya kunyunyizia, na kisha kuwekwa kwenye tanuru ya joto la juu kwa ajili ya mmenyuko wa ndani, halijoto ya mmenyuko ilikuwa 1850~2300 ℃, na uhifadhi wa joto ulikuwa 2~6h. Safu ya nje ya SiC inaweza kutumika katika tanuru ya ukuaji wa fuwele moja ya inchi 24 (60.96 cm), na halijoto ya matumizi ni 1500 ℃, na imegundulika kuwa hakuna ufa na unga unaoanguka juu ya uso wa silinda ya mwongozo wa grafiti baada ya 1500h.

1.3 Maendeleo ya matumizi na utafiti katika silinda ya insulation

Kama moja ya vipengele muhimu vya mfumo wa uga wa joto wa silikoni yenye umbo la monocrystalline, silinda ya insulation hutumika zaidi kupunguza upotevu wa joto na kudhibiti mteremko wa halijoto wa mazingira ya uga wa joto. Kama sehemu inayounga mkono safu ya ndani ya insulation ya ukuta wa tanuru moja ya fuwele, kutu ya mvuke wa silikoni husababisha kushuka kwa taka na kupasuka kwa bidhaa, ambayo hatimaye husababisha kushindwa kwa bidhaa.

Ili kuongeza zaidi upinzani dhidi ya kutu kwa mvuke wa silikoni wa bomba la kuhami mchanganyiko la C/C-sic, watafiti waliweka bidhaa za bomba la kuhami mchanganyiko la C/C-sic zilizotayarishwa kwenye tanuru ya mmenyuko wa mvuke wa kemikali, na kuandaa mipako mnene ya silikoni kwenye uso wa bidhaa za bomba la kuhami mchanganyiko la C/C-sic kwa mchakato wa uwekaji wa mvuke wa kemikali. Matokeo yanaonyesha kuwa, Mchakato huu unaweza kuzuia kwa ufanisi kutu kwa nyuzi za kaboni kwenye kiini cha mchanganyiko wa C/C-sic kwa mvuke wa silikoni, na upinzani dhidi ya kutu wa mvuke wa silikoni huongezeka kwa mara 5 hadi 10 ikilinganishwa na mchanganyiko wa kaboni/kaboni, na maisha ya huduma ya silinda ya kuhami na usalama wa mazingira ya uwanja wa joto huboreshwa sana.

2. Hitimisho na matarajio

Mipako ya kabonidi ya silikoniInatumika zaidi na zaidi katika vifaa vya uwanja wa joto la kaboni/kaboni kwa sababu ya upinzani wake bora wa oksidi katika halijoto ya juu. Kwa ukubwa unaoongezeka wa vifaa vya uwanja wa joto la kaboni/kaboni vinavyotumika katika uzalishaji wa siliconi ya monocrystalline, jinsi ya kuboresha usawa wa mipako ya kaboni ya silicon kwenye uso wa vifaa vya uwanja wa joto na kuboresha maisha ya huduma ya vifaa vya uwanja wa joto la kaboni/kaboni imekuwa tatizo la haraka kutatuliwa.

Kwa upande mwingine, pamoja na maendeleo ya tasnia ya siliconi ya monocrystalline, mahitaji ya vifaa vya uwanja wa joto la kaboni/kaboni yenye usafi wa hali ya juu pia yanaongezeka, na nanofiber za SiC pia hupandwa kwenye nyuzi za kaboni za ndani wakati wa mmenyuko. Viwango vya ablation ya wingi na ablation ya mstari wa misombo ya C/ C-ZRC na C/ C-sic ZrC iliyoandaliwa na majaribio ni -0.32 mg/s na 2.57 μm/s, mtawalia. Viwango vya ablation ya wingi na mstari wa misombo ya C/ C-sic -ZrC ni -0.24mg/s na 1.66 μm/s, mtawalia. Misombo ya C/ C-ZRC yenye nanofiber za SiC zina sifa bora za ablative. Baadaye, athari za vyanzo tofauti vya kaboni kwenye ukuaji wa nanofiber za SiC na utaratibu wa nanofiber za SiC zinazoimarisha sifa za ablative za misombo ya C/ C-ZRC zitasomwa.

Kifuniko cha mchanganyiko wa kaboni/kaboni kilitayarishwa kwa mchakato wa upenyezaji wa mvuke wa kemikali na mmenyuko wa ndani. Kifuniko cha mchanganyiko kiliundwa na mipako ya kaboni ya silikoni (100~300μm), mipako ya silicon (10~20μm) na mipako ya nitridi ya silikoni (50~100μm), ambayo inaweza kuzuia kwa ufanisi kutu wa mvuke wa silikoni kwenye uso wa ndani wa kifuniko cha mchanganyiko wa kaboni/kaboni. Katika mchakato wa uzalishaji, upotevu wa kifuniko cha mchanganyiko wa kaboni/kaboni kilichofunikwa kwa mchanganyiko ni 0.04 mm kwa kila tanuru, na maisha ya huduma yanaweza kufikia mara 180 za tanuru.