1 Uglerod/uglerod termal meýdan materiallarynda kremniý karbid örtüginiň ulanylyşy we ylmy-barlag işleriniň ösüşi
1.1 Tigelek taýýarlamakda ulanylyş we ylmy-barlag işleriniň ösüşi
Bir kristally termal meýdanda,uglerod/uglerod tigelesasan kremniý materialyny daşaýan gämi hökmünde ulanylýar we onuň bilen aragatnaşykda bolýarkwars tigel, 2-nji suratda görkezilişi ýaly. Uglerod/uglerod tigeliniň iş temperaturasy takmynan 1450℃ bolup, ol gaty kremniýiň (kremniý dioksidi) we kremniý bugunyň iki gezek eroziýasyna sezewar bolýar we ahyrsoňy tigel inçelýär ýa-da halkaly ýarylýar, bu bolsa tigeliň döwülmegine getirýär.
Kompozit örtük uglerod/uglerod kompozit tigel himiki bug geçiriş prosesi we ýerinde reaksiýa arkaly taýýarlanyldy. Kompozit örtük kremniý karbid örtüginden (100~300μm), kremniý örtüginden (10~20μm) we kremniý nitrid örtüginden (50~100μm) ybarat bolup, uglerod/uglerod kompozit tigeliň içki ýüzünde kremniý bugunyň poslamagynyň öňüni netijeli alyp bilerdi. Önümçilik prosesinde kompozit örtük uglerod/uglerod kompozit tigeliň ýitgisi her peçde 0,04 mm bolýar we hyzmat ediş möhleti 180 peç wagtyna ýetip biler.
Barlagçylar belli bir temperatura şertlerinde we daşaýjy gazy goramak üçin himiki reaksiýa usulyny ulanyp, ýokary temperaturaly bişiriji peçde çig mal hökmünde kremniý dioksidini we kremniý metalyny ulandylar. Netijeler ýokary temperaturaly işlemeleriň diňe bir sic örtüginiň arassalygyny we berkligini ýokarlandyrman, eýsem uglerod/karbon kompozitiniň ýüzüniň aşynma çydamlylygyny hem ep-esli gowulandyrýandygyny we monokristal kremniý peçinde SiO2 buglary we uçujy kislorod atomlary tarapyndan sic örtüginiň ýüzüniň poslamagynyň öňüni alýandygyny görkezýär. Sic örtügi bolmadyk sic örtügi bilen deňeşdirilende, sic örtüginiň hyzmat möhleti 20% artýar.
1.2 Akym ýol görkeziji turbasynda ulanylyş we ylmy-barlag işleriniň ösüşi
Ýol görkeziji silindr tigeliň üstünde ýerleşýär (1-nji suratda görkezilişi ýaly). Kristalyň çekilmegi prosesinde meýdanyň içinde we daşynda temperatura tapawudy uly bolýar, esasanam aşaky ýüzi ereýän kremniý materialyna iň ýakyn bolýar, temperatura iň ýokary bolýar we kremniý bugunyň poslamagy iň agyr bolýar.
Barlagçylar ýol görkeziji turbanyň oksidlenme garşy örtüginiň we taýýarlama usulynyň ýönekeý prosesini we gowy oksidlenme garşylygyny oýlap tapdylar. Ilki bilen, ýol görkeziji turbanyň matrisasynda kremniý karbidiniň gatly gatlagy ösdürilip ýetişdirildi, soňra bolsa dykyz kremniý karbidiniň daşky gatlagy taýýarlanyldy, şonuň üçin 3-nji suratda görkezilişi ýaly, matrisa bilen dykyz kremniý karbidiniň ýüz gatlagynyň arasynda SiCw geçiş gatlagy emele geldi. Termal giňelme koeffisiýenti matrisa bilen kremniý karbidiniň arasynda boldy. Ol termal giňelme koeffisiýentiniň gabat gelmezligi sebäpli ýüze çykýan termal stressi netijeli azaldyp biler.
Analiz SiCw mukdarynyň artmagy bilen örtükdäki ýaryklaryň ululygynyň we sanynyň azalýandygyny görkezýär. 1100 ℃ howada 10 sagat oksidlenenden soň, örtük nusgasynyň agramynyň ýitgi derejesi diňe 0,87% ~ 8,87% bolýar we kremniý karbid örtüginiň oksidlenme garşylygy we termal şok garşylygy ep-esli ýokarlanýar. Tutuş taýýarlamak prosesi himiki bug çökündisi arkaly yzygiderli tamamlanýar, kremniý karbid örtügini taýýarlamak ep-esli ýeňilleşdirilýär we tutuş nasadkanyň hemmetaraplaýyn işi güýçlendirilýär.
Barlagçylar grafit ýol görkeziji turbasynyň matrisasyny berkitmek we ýüzüni örtmek usulyny teklip etdiler. Alnan kremniý karbidiniň suspenziýasy grafit ýol görkeziji turbasynyň ýüzüne 30 ~ 50 μm galyňlykdaky örtük bilen çotka örtmek ýa-da püskürtmek arkaly birmeňzeş örtük bilen örtüldi we soňra ýerinde reaksiýa üçin ýokary temperaturaly peje goýuldy, reaksiýanyň temperaturasy 1850 ~ 2300 ℃, ýylylygy saklamak bolsa 2 ~ 6 sagat boldy. SiC daşky gatlagy 24 dýuým (60.96 sm) monokristal ösüş peçinde ulanylyp bilner we ulanyş temperaturasy 1500 ℃, şeýle hem 1500 sagatdan soň grafit ýol görkeziji silindriniň ýüzünde çatlama we düşýän poroşok ýokdugy anyklandy.
1.3 Izolýasiýa silindrinde ulanylyş we ylmy-barlag işleriniň ösüşi
Monokristal kremniý termal meýdan ulgamynyň esasy bölekleriniň biri hökmünde izolýasiýa silindri, esasan, ýylylyk ýitgisini azaltmak we termal meýdan gurşawynyň temperatura gradiýentini dolandyrmak üçin ulanylýar. Birkristal peçiň içki diwar izolýasiýa gatlagynyň goldaw bölegi hökmünde kremniý bugunyň korroziýasynyň netijesinde şlak düşýär we önümiň çatlaýar, bu bolsa ahyrsoňy önümiň zaýalanmagyna getirýär.
C/C-sic kompozit izolýasiýa turbasynyň kremniý bugunyň korroziýa garşylygyny has-da ýokarlandyrmak üçin, ylmy işgärler taýýarlanan C/C-sic kompozit izolýasiýa turba önümlerini himiki bug reaksiýa pejine goýdular we himiki bug çökündi prosesi arkaly C/C-sic kompozit izolýasiýa turba önümleriniň ýüzüne dykyz kremniý karbid örtügini taýýarladylar. Netijeler görkezýär, bu proses kremniý bugy bilen C/C-sic kompozitiniň ýadrosyndaky uglerod süýüminiň korroziýasyny netijeli basyp bilýär we kremniý bugunyň korroziýa garşylygy uglerod/uglerod kompoziti bilen deňeşdirilende 5-10 esse ýokarlanýar, şeýle hem izolýasiýa silindriniň hyzmat möhleti we termal meýdan gurşawynyň howpsuzlygy ep-esli ýokarlanýar.
2. Netije we perspektiwa
Silikon karbid örtügiÝokary temperaturada ajaýyp oksidlenme garşylygy sebäpli uglerod/uglerod termal meýdan materiallarynda barha giňden ulanylýar. Monokristal kremniý önümçiliginde ulanylýan uglerod/uglerod termal meýdan materiallarynyň ululygynyň artmagy bilen, termal meýdan materiallarynyň ýüzünde kremniý karbid örtüginiň birmeňzeşligini nädip ýokarlandyrmaly we uglerod/uglerod termal meýdan materiallarynyň hyzmat möhletini nädip ýokarlandyrmalydygy çözülmeli derrew meselä öwrüldi.
Beýleki tarapdan, monokristal kremniý senagatynyň ösmegi bilen, ýokary arassa uglerod/uglerod termal meýdan materiallaryna bolan isleg hem artýar we reaksiýa wagtynda içki uglerod süýümlerinde SiC nanosüýümleri hem ösdürilip ýetişdirilýär. Tejribe arkaly taýýarlanan C/C-ZRC we C/C-sic ZrC kompozitleriniň massa ablýasiýasy we çyzykly ablýasiýa tizlikleri degişlilikde -0,32 mg/s we 2,57 μm/s. C/C-sic-ZrC kompozitleriniň massa we çyzykly ablýasiýa tizlikleri degişlilikde -0,24 mg/s we 1,66 μm/s. SiC nanosüýümleri bolan C/C-ZRC kompozitleri has gowy ablýasiýa häsiýetlerine eýedir. Soňra dürli uglerod çeşmeleriniň SiC nanosüýümleriniň ösüşine täsiri we SiC nanosüýümleriniň C/C-ZRC kompozitleriniň ablýasiýa häsiýetlerini güýçlendirmeginiň mehanizmi öwreniler.
Kompozit örtük uglerod/uglerod kompozit tigel himiki bug geçiriş prosesi we ýerinde reaksiýa arkaly taýýarlanyldy. Kompozit örtük kremniý karbid örtüginden (100~300μm), kremniý örtüginden (10~20μm) we kremniý nitrid örtüginden (50~100μm) ybarat bolup, uglerod/uglerod kompozit tigeliň içki ýüzünde kremniý bugunyň poslamagynyň öňüni netijeli alyp bilerdi. Önümçilik prosesinde kompozit örtük uglerod/uglerod kompozit tigeliň ýitgisi her peçde 0,04 mm bolýar we hyzmat ediş möhleti 180 peç wagtyna ýetip biler.
Ýerleşdirilen wagty: 2024-nji ýylyň 22-nji fewraly