1 Karbon/karbon termal alan malzemelerinde silisyum karbür kaplamanın uygulaması ve araştırma ilerlemesi
1.1 Pota hazırlamada uygulama ve araştırma ilerlemesi
Tek kristal termal alanda,karbon/karbon potaesas olarak silikon malzemeyi taşıyan bir kap olarak kullanılır vekuvars potaŞekil 2'de görüldüğü gibi, karbon/karbon pota çalışma sıcaklığı yaklaşık 1450℃'dir, katı silisyum (silisyum dioksit) ve silisyum buharının çift aşınmasına maruz kalır ve sonunda pota incelir veya halka şeklinde çatlar, bunun sonucunda pota arızalanır.
Kimyasal buhar geçirgenlik işlemi ve yerinde reaksiyonla kompozit kaplama karbon/karbon kompozit pota hazırlandı. Kompozit kaplama, silisyum karbür kaplama (100~300μm), silisyum kaplama (10~20μm) ve silisyum nitrür kaplamadan (50~100μm) oluşuyordu ve bu kaplama, karbon/karbon kompozit potanın iç yüzeyindeki silisyum buharının korozyonunu etkili bir şekilde önleyebiliyordu. Üretim sürecinde, kompozit kaplamalı karbon/karbon kompozit potanın kaybı fırın başına 0,04 mm'dir ve hizmet ömrü 180 fırın süresine ulaşabilir.
Araştırmacılar, yüksek sıcaklık sinterleme fırınında hammadde olarak silisyum dioksit ve silisyum metal kullanarak, belirli sıcaklık koşulları altında ve taşıyıcı gazın korunması altında karbon/karbon kompozit pota yüzeyinde düzgün bir silisyum karbür kaplaması oluşturmak için kimyasal reaksiyon yöntemini kullandılar. Sonuçlar, yüksek sıcaklık işleminin sadece sic kaplamanın saflığını ve mukavemetini iyileştirmekle kalmayıp, aynı zamanda karbon/karbon kompozit yüzeyinin aşınma direncini de büyük ölçüde iyileştirdiğini ve monokristal silisyum fırınındaki SiO buharı ve uçucu oksijen atomlarının pota yüzeyini korozyona uğratmasını önlediğini göstermektedir. Pota kullanım ömrü, sic kaplaması olmayan potaya kıyasla %20 oranında artmaktadır.
1.2 Akış kılavuz borusunda uygulama ve araştırma ilerlemesi
Kılavuz silindir potanın üstünde yer alır (Şekil 1'de gösterildiği gibi). Kristal çekme işleminde, alanın içi ve dışı arasındaki sıcaklık farkı büyüktür, özellikle alt yüzey erimiş silisyum malzemesine en yakın olanıdır, sıcaklık en yüksektir ve silisyum buharı tarafından korozyon en ciddi olanıdır.
Araştırmacılar, kılavuz tüp anti-oksidasyon kaplaması ve hazırlama yönteminin basit bir sürecini ve iyi oksidasyon direncini icat ettiler. İlk olarak, kılavuz tüpün matrisi üzerine yerinde bir silikon karbür bıyık tabakası büyütüldü ve ardından yoğun bir silikon karbür dış tabakası hazırlandı, böylece Şekil 3'te gösterildiği gibi matris ile yoğun silikon karbür yüzey tabakası arasında bir SiCw geçiş tabakası oluştu. Isıl genleşme katsayısı matris ile silikon karbür arasındaydı. Isıl genleşme katsayısının uyumsuzluğundan kaynaklanan ısıl stresi etkili bir şekilde azaltabilir.
Analiz, SiCw içeriğinin artmasıyla kaplamadaki çatlakların boyutunun ve sayısının azaldığını göstermektedir. 1100 ℃ havada 10 saatlik oksidasyondan sonra, kaplama numunesinin ağırlık kaybı oranı yalnızca %0,87~%8,87'dir ve silisyum karbür kaplamanın oksidasyon direnci ve termal şok direnci büyük ölçüde iyileştirilmiştir. Tüm hazırlama süreci kimyasal buhar biriktirme ile sürekli olarak tamamlanır, silisyum karbür kaplamanın hazırlanması büyük ölçüde basitleştirilir ve tüm nozulun kapsamlı performansı güçlendirilir.
Araştırmacılar, czohr monokristal silisyum için grafit kılavuz tüpünün matris güçlendirme ve yüzey kaplama yöntemini önerdiler. Elde edilen silisyum karbür bulamacı, fırça kaplama veya püskürtme kaplama yöntemi ile 30~50 μm kaplama kalınlığına sahip grafit kılavuz tüpünün yüzeyine düzgün bir şekilde kaplandı ve daha sonra yerinde reaksiyon için yüksek sıcaklıklı bir fırına yerleştirildi, reaksiyon sıcaklığı 1850~2300 ℃ ve ısı koruması 2~6 saatti. SiC dış tabakası 24 inç (60,96 cm) tek kristal büyüme fırınında kullanılabilir ve kullanım sıcaklığı 1500 ℃'dir ve 1500 saat sonra grafit kılavuz silindirinin yüzeyinde çatlama ve düşen toz olmadığı bulunmuştur.
1.3 Yalıtım silindirinde uygulama ve araştırma ilerlemesi
Monokristalin silikon termal alan sisteminin temel bileşenlerinden biri olan yalıtım silindiri, esas olarak ısı kaybını azaltmak ve termal alan ortamının sıcaklık gradyanını kontrol etmek için kullanılır. Tek kristal fırının iç duvar yalıtım katmanının destekleyici bir parçası olarak, silikon buhar korozyonu cüruf düşmesine ve ürünün çatlamasına yol açar ve bu da sonunda ürünün bozulmasına neden olur.
Araştırmacılar, C/C-sic kompozit izolasyon tüpünün silisyum buharı korozyon direncini daha da artırmak için hazırlanan C/C-sic kompozit izolasyon tüpü ürünlerini kimyasal buhar reaksiyon fırınına koydular ve kimyasal buhar biriktirme işlemi ile C/C-sic kompozit izolasyon tüpü ürünlerinin yüzeyine yoğun silisyum karbür kaplama hazırladılar. Sonuçlar, işlemin silisyum buharı ile C/C-sic kompozitin çekirdeğindeki karbon fiberin korozyonunu etkili bir şekilde engelleyebildiğini ve silisyum buharının korozyon direncinin karbon/karbon kompozite kıyasla 5 ila 10 kat arttığını ve izolasyon silindirinin hizmet ömrünün ve termal alan ortamının güvenliğinin büyük ölçüde iyileştirildiğini göstermektedir.
2.Sonuç ve beklenti
Silisyum karbür kaplamaYüksek sıcaklıkta mükemmel oksidasyon direnci nedeniyle karbon/karbon termal alan malzemelerinde giderek daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Monokristalin silikon üretiminde kullanılan karbon/karbon termal alan malzemelerinin artan boyutuyla, termal alan malzemelerinin yüzeyindeki silikon karbür kaplamanın düzgünlüğünün nasıl iyileştirileceği ve karbon/karbon termal alan malzemelerinin hizmet ömrünün nasıl iyileştirileceği çözülmesi gereken acil bir sorun haline gelmiştir.
Öte yandan, monokristalin silisyum endüstrisinin gelişmesiyle birlikte yüksek saflıkta karbon/karbon termal alan malzemelerine olan talep de artmakta olup, reaksiyon sırasında iç karbon lifleri üzerinde SiC nanofiberler de büyütülmektedir. Deneylerle hazırlanan C/C-ZRC ve C/C-sic ZrC kompozitlerinin kütle ablasyon ve doğrusal ablasyon hızları sırasıyla -0,32 mg/s ve 2,57 μm/s'dir. C/C-sic -ZrC kompozitlerinin kütle ve çizgi ablasyon hızları sırasıyla -0,24 mg/s ve 1,66 μm/s'dir. SiC nanofiberli C/C-ZRC kompozitleri daha iyi ablatif özelliklere sahiptir. Daha sonra, farklı karbon kaynaklarının SiC nanofiberlerin büyümesi üzerindeki etkileri ve SiC nanofiberlerin C/C-ZRC kompozitlerinin ablatif özelliklerini güçlendirme mekanizması incelenecektir.
Kimyasal buhar geçirgenlik işlemi ve yerinde reaksiyonla kompozit kaplama karbon/karbon kompozit pota hazırlandı. Kompozit kaplama, silisyum karbür kaplama (100~300μm), silisyum kaplama (10~20μm) ve silisyum nitrür kaplamadan (50~100μm) oluşuyordu ve bu kaplama, karbon/karbon kompozit potanın iç yüzeyindeki silisyum buharının korozyonunu etkili bir şekilde önleyebiliyordu. Üretim sürecinde, kompozit kaplamalı karbon/karbon kompozit potanın kaybı fırın başına 0,04 mm'dir ve hizmet ömrü 180 fırın süresine ulaşabilir.
Gönderi zamanı: 22-Şub-2024