1 การประยุกต์ใช้และความก้าวหน้าในการวิจัยของการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ในวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอน
1.1 การประยุกต์ใช้และความก้าวหน้าทางการวิจัยในการเตรียมเบ้าหลอม
ในสนามความร้อนผลึกเดี่ยวคาร์บอน/เบ้าหลอมคาร์บอนส่วนใหญ่ใช้เป็นภาชนะสำหรับบรรจุวัสดุซิลิโคนและสัมผัสกับเบ้าหลอมควอตซ์ตามที่แสดงในรูปที่ 2 อุณหภูมิในการทำงานของเบ้าหลอมคาร์บอน/คาร์บอนอยู่ที่ประมาณ 1,450℃ ซึ่งถูกกัดกร่อนสองครั้งจากซิลิกอนแข็ง (ซิลิกอนไดออกไซด์) และไอซิลิกอน และในที่สุดเบ้าหลอมจะบางลงหรือมีรอยแตกร้าวเป็นวงแหวน ส่งผลให้เบ้าหลอมเสียหาย
เบ้าหลอมคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตเคลือบคอมโพสิตเตรียมขึ้นโดยใช้กระบวนการแทรกซึมของไอเคมีและปฏิกิริยาในสถานะ เบ้าหลอมคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตเคลือบประกอบด้วยซิลิกอนคาร์ไบด์เคลือบ (100~300μm) ซิลิกอนเคลือบ (10~20μm) และซิลิกอนไนไตรด์เคลือบ (50~100μm) ซึ่งสามารถยับยั้งการกัดกร่อนของไอซิลิกอนบนพื้นผิวด้านในของเบ้าหลอมคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในกระบวนการผลิต เบ้าหลอมคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตเคลือบคอมโพสิตมีการสูญเสีย 0.04 มม. ต่อเตาเผา และอายุการใช้งานอาจถึง 180 เท่าของเตาเผา
นักวิจัยใช้กระบวนการปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ที่สม่ำเสมอบนพื้นผิวของเบ้าหลอมคาร์บอน/คอมโพสิตคาร์บอนภายใต้สภาวะอุณหภูมิบางอย่างและการป้องกันก๊าซพาหะโดยใช้ซิลิกอนไดออกไซด์และโลหะซิลิกอนเป็นวัตถุดิบในเตาเผาเผาอุณหภูมิสูง ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการบำบัดที่อุณหภูมิสูงไม่เพียงแต่ปรับปรุงความบริสุทธิ์และความแข็งแรงของการเคลือบซิลิกอนเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอของพื้นผิวของคาร์บอน/คอมโพสิตคาร์บอนได้อย่างมาก และป้องกันการกัดกร่อนของพื้นผิวของเบ้าหลอมโดยไอ SiO2 และอะตอมออกซิเจนระเหยในเตาเผาซิลิกอนโมโนคริสตัล อายุการใช้งานของเบ้าหลอมเพิ่มขึ้น 20% เมื่อเทียบกับเบ้าหลอมที่ไม่มีการเคลือบซิลิกอน
1.2 ความก้าวหน้าในการใช้งานและการวิจัยท่อนำการไหล
กระบอกนำจะอยู่เหนือเบ้าหลอม (ดังแสดงในรูปที่ 1) ในกระบวนการดึงผลึก ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างภายในและภายนอกสนามจะมาก โดยเฉพาะพื้นผิวด้านล่างจะอยู่ใกล้กับวัสดุซิลิกอนหลอมเหลวมากที่สุด อุณหภูมิสูงที่สุด และการกัดกร่อนจากไอซิลิกอนจะรุนแรงที่สุด
นักวิจัยได้คิดค้นกระบวนการง่ายๆ และวิธีการเตรียมสารเคลือบป้องกันออกซิเดชันของท่อไกด์ที่มีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดี ขั้นแรก ให้ปลูกชั้นของซิลิคอนคาร์ไบด์บนเมทริกซ์ของท่อไกด์ จากนั้นจึงเตรียมชั้นนอกของซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีความหนาแน่นสูง ทำให้เกิดชั้นทรานสิชั่น SiCw ระหว่างเมทริกซ์และชั้นผิวของซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีความหนาแน่นสูง ดังที่แสดงในรูปที่ 3 ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนอยู่ระหว่างเมทริกซ์และซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งสามารถลดความเครียดจากความร้อนที่เกิดจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนไม่ตรงกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าเมื่อปริมาณ SiCw เพิ่มขึ้น ขนาดและจำนวนรอยแตกร้าวในสารเคลือบจะลดลง หลังจากออกซิเดชันเป็นเวลา 10 ชั่วโมงในอากาศที่อุณหภูมิ 1100 ℃ อัตราการสูญเสียน้ำหนักของตัวอย่างสารเคลือบจะอยู่ที่เพียง 0.87% ~ 8.87% และความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและความต้านทานการกระแทกจากความร้อนของสารเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก กระบวนการเตรียมทั้งหมดเสร็จสมบูรณ์อย่างต่อเนื่องด้วยการสะสมไอเคมี การเตรียมสารเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์จะง่ายขึ้นมาก และประสิทธิภาพโดยรวมของหัวฉีดทั้งหมดก็จะแข็งแกร่งขึ้น
นักวิจัยเสนอวิธีการเสริมความแข็งแรงของเมทริกซ์และเคลือบผิวท่อไกด์กราไฟต์สำหรับซิลิกอนโมโนคริสตัลของ Czohr สารละลายซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ได้จะถูกเคลือบบนพื้นผิวของท่อไกด์กราไฟต์ด้วยความหนาของการเคลือบ 30~50 μm อย่างสม่ำเสมอโดยใช้วิธีการเคลือบด้วยแปรงหรือสเปรย์เคลือบ จากนั้นจึงนำไปวางในเตาเผาอุณหภูมิสูงเพื่อทำปฏิกิริยาในที่ อุณหภูมิปฏิกิริยาอยู่ที่ 1,850~2,300 ℃ และรักษาความร้อนได้ 2~6 ชั่วโมง ชั้นนอกของ SiC สามารถใช้ในเตาเผาแบบผลึกเดี่ยวขนาด 24 นิ้ว (60.96 ซม.) และอุณหภูมิการใช้งานอยู่ที่ 1,500 ℃ และพบว่าไม่มีรอยแตกร้าวและผงที่ตกลงบนพื้นผิวของกระบอกไกด์กราไฟต์หลังจาก 1,500 ชั่วโมง
1.3 ความก้าวหน้าในการใช้งานและการวิจัยถังฉนวน
กระบอกฉนวนเป็นส่วนประกอบสำคัญอย่างหนึ่งของระบบสนามความร้อนซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้เพื่อลดการสูญเสียความร้อนและควบคุมการไล่ระดับอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมสนามความร้อน ในฐานะส่วนรองรับของชั้นฉนวนผนังด้านในของเตาเผาผลึกเดี่ยว การกัดกร่อนของไอซิลิคอนทำให้ตะกรันหล่นและแตกร้าวของผลิตภัณฑ์ ซึ่งในที่สุดจะนำไปสู่ความล้มเหลวของผลิตภัณฑ์
เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของไอซิลิกอนของท่อฉนวนคอมโพสิต C/C-sic ให้มากขึ้น นักวิจัยได้นำผลิตภัณฑ์ท่อฉนวนคอมโพสิต C/C-sic ที่เตรียมไว้ไปใส่ในเตาปฏิกิริยาไอเคมี และเตรียมการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์หนาแน่นบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ท่อฉนวนคอมโพสิต C/C-sic โดยใช้กระบวนการสะสมไอเคมี ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่า กระบวนการนี้สามารถยับยั้งการกัดกร่อนของเส้นใยคาร์บอนบนแกนของคอมโพสิต C/C-sic ด้วยไอซิลิกอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และความต้านทานการกัดกร่อนของไอซิลิกอนเพิ่มขึ้น 5 ถึง 10 เท่าเมื่อเทียบกับคอมโพสิตคาร์บอน/คาร์บอน และอายุการใช้งานของกระบอกฉนวนและความปลอดภัยของสภาพแวดล้อมสนามความร้อนได้รับการปรับปรุงอย่างมาก
2.บทสรุปและแนวโน้ม
การเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอนเนื่องจากทนต่อการเกิดออกซิเดชันได้ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิสูง ด้วยขนาดที่เพิ่มขึ้นของวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอนที่ใช้ในการผลิตซิลิกอนโมโนคริสตัลลีน วิธีปรับปรุงความสม่ำเสมอของการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์บนพื้นผิวของวัสดุสนามความร้อนและปรับปรุงอายุการใช้งานของวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอนจึงกลายเป็นปัญหาเร่งด่วนที่ต้องแก้ไข
ในทางกลับกัน ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรมซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ ความต้องการวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอนที่มีความบริสุทธิ์สูงก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน และเส้นใยนาโนซิลิกอนยังเติบโตบนเส้นใยคาร์บอนภายในระหว่างปฏิกิริยา อัตราการขจัดมวลและการกำจัดเชิงเส้นของคอมโพสิต C/ C-ZRC และ C/ C-sic ZrC ที่เตรียมโดยการทดลองคือ -0.32 มก./วินาที และ 2.57 ไมโครเมตร/วินาที ตามลำดับ อัตราการขจัดมวลและเส้นของคอมโพสิต C/ C-sic -ZrC คือ -0.24 มก./วินาที และ 1.66 ไมโครเมตร/วินาที ตามลำดับ คอมโพสิต C/ C-ZRC ที่มีเส้นใยนาโนซิลิกอนมีคุณสมบัติในการกำจัดที่ดีกว่า ในภายหลัง ผลกระทบของแหล่งคาร์บอนที่แตกต่างกันต่อการเติบโตของเส้นใยนาโนซิลิกอนและกลไกของเส้นใยนาโนซิลิกอนที่เสริมคุณสมบัติในการกำจัดของคอมโพสิต C/ C-ZRC จะถูกศึกษา
เบ้าหลอมคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตเคลือบคอมโพสิตเตรียมขึ้นโดยใช้กระบวนการแทรกซึมของไอเคมีและปฏิกิริยาในสถานะ เบ้าหลอมคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตเคลือบประกอบด้วยซิลิกอนคาร์ไบด์เคลือบ (100~300μm) ซิลิกอนเคลือบ (10~20μm) และซิลิกอนไนไตรด์เคลือบ (50~100μm) ซึ่งสามารถยับยั้งการกัดกร่อนของไอซิลิกอนบนพื้นผิวด้านในของเบ้าหลอมคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในกระบวนการผลิต เบ้าหลอมคาร์บอน/คาร์บอนคอมโพสิตเคลือบคอมโพสิตมีการสูญเสีย 0.04 มม. ต่อเตาเผา และอายุการใช้งานอาจถึง 180 เท่าของเตาเผา
เวลาโพสต์ : 22 ก.พ. 2567