Төвхөн өндөр температурт ажиллахад кварц хоолойн дулааныг түлхүүрлэх төвдөртөөс хамгаалж буй шалтгаан

Материалын үндэс: Кварц хоолойн аморфный кремний оксидын бүтэц яаж дулааныг түлхүүрлэх төвдөртөөс хамгаалж буй

Дулааныг түлхүүрлэх төвдөртөөс хамгаалж буй үндэсний механизм – тун бага дулааныг түлхүүрлэх коэффициент (CTE)

Кварцын түтүврийн дулааны цохилт нь маш бага дулааны өргөтгөлийн коэффициент (CTE) 0.55 × 10−6 / °C-ийн орчимд оршдог. Энэ нөлөөтэй ойрхон өргөтгөл нь температурын эргэлтийн үед бага хэмжээний өөрчлөлтийг хангаж, Түтүврийн хана дахь дулаан түвшин нь бага зэрэг ялгаатай дарамтыг үүсгэдэг тул нарийн ханатай кварцын түтүврийг 1000 °C-ээс дээш халааж, ихэнх шилэн эсвэл керамикээр хүрэхгүй, хагалгагүйгээр усанд хурдан унтрааж болно. Энэ CTE давуу тал нь гадаргын эмчилгээг биш, аморф силиканы сүлжээг их хэмжээгээр ашиглах нь олон мянган дулааны эргэлтийн турш тогтвортой үйл ажиллагааг хангадаг. Инженеруудын хувьд энэ нь диффузийн тахилга, эпитаксиал реактор, нарийвчилсан лабораторийн шил хэрэгслийн үйл ажиллагааны өргөн маржин болон урт хугацааны үйлчилгээний амьдралд шууд ордог.

Ургамалны хил, кристаллын дутагдалгүй байдал

Поликристаллын керамикээс ялгаатай нь, элсэн кварц нь хүчилтөрөгчийн 4 ширхэгт тогтмол, санамсаргүй сүлжээтэй бөгөөд ногооны хил, кристаллын тайзан, эсвэл заалттай алдаагүй байдаг. Кристаллын материалын хувьд жимс жимсний хил нь хатуу стрессийн төвлөрүүлэгч болон хатуу стрессийн дор халаалтын тархалтын илүүд үздэг зам юм. Кварц түтүвч үүнийг бүрэн зайлсхийдэг: түүний аморф бүтэц нь анизотроп торгуулийн өргөтгөлийн оронд изотроп холболт, шуурганы замаар дулаан эрчим хүчийг шингээдэг. Үүний үр дүнд, хатуу байршсан халуун нь ч гэсэн микроскопийн дарамтын тэгш хуваарилалтыг бий болгодог. Энэ бүтцийн ижил төстэй байдал нь боловсруулалтын дараах алдааг бууруулах үйл ажиллагааг үгүйсгэж, дулааны цохилт эсэргүүцлийг үйлдвэрлэлийн чанарын хувьд өөр өөр биш гэдгийг баталж өгдөг. Энэ найдвартай байдал нь дахин давтагдаж, хатуу эргэлтэд орсон нь кварцын түтүврийг хагас дамжуулагчийн боловсруулалт, өндөр хүчтэй түлшний лам, шинжилгээний төхөөрөмжүүдэд зайлшгүй шаардлагатай болгодог.

Дулааны шокийн үзүүлэлтүүд: Кварц хоолойн ΔT төрөлхийн хязгаарыг ба R-утгыг тооцоолох

Кварц хоолойн дулааны шокийн параметр (R)-ийн тооцоолох ба тайлбарлах

Дулааны шокийн параметр Р тресний үүсэлд хүргэх хүртэлх хамгийн их төрөлхийн ялгааг тооцоолох. Хүчний хязгаарын урьдчилан тодорхойлж буй гэмтэлд R = σ_f(1 − ν)/(Eα) , хэрэв σ_f нүүрсний хүч (≈50 МПа), ν пуассоны коэффициент (≈0.17), Е юнгийн модуль (≈70 ГПа), ба α дТӨ (0.55 × 10⁻⁶ /°C). Үүнээс дараах утга гарч, Р —1000°C-аас илүү утга: силикон нитрид (~350 K) ба магнези тогтвортой циркони (~450 K)-ын утгын хоёр дахин илүү. Чухал нь, аморф бүтэц гранул хилүүд дээрх хүчдлийн төвлөрүүлэлтийг саатуулж, хайлан хийсэн кварцын онолын Р . Инженерүүд кварц хоолойн үндэсний үзүүлэлтүүдийг хурдан, давтамжит дулааны шилжилт шаардаж буй хэрэглээд (жишээ нь: хагас дамжуулагчийн дискийн боловсруулалт ба гэрэлтүүрний халхавчийн үйлдвэрлэл) ашиглаж.

Туршилтын хязгаарууд: Бодит төлөөрүүр орчинд тасралтгүй ба мөчад зориулж бүтээлт ΔT-ны хязгаарууд

Онолын Р - үнэ цэнэ нь хэтэрсэн тэсвэртэй байдлыг илтгэнэ. Бодит ертөнцийн хязгаар нь геометрийн, ханангийн нягтрал, дулааны шилжилтийн динамикээс хамаарна. ASTM C1300 устай унтраах туршилтаар 1000 °C-д халааж, өрөөний температурын ус руу нунтагласан кварцын түтүврийн үлгэрт хатуу хяналт хэрэгтэй байна. Урт хугацааны найдвартай байдлыг хангахын тулд, хуурай ханатай (<3 мм) түтүхийн хувьд 200°C/мин, илүү тод хэсгүүдийн хувьд 100°C/мин-т хязгаарлагддаг. Шулуун түлхүүртэй шууд холбогдох эсвэл хүйтэн тоног төхөөрөмжтэй холбогдох нь давтагдсан мөчлөгийн үеэр микрошилжилтийг үүсгэхэд хангалттай 50°C/mm-ээс дээш байршсан хатуурал үүсгэж болно. Нэг удаагийн утааг унтраахад үр дүнтэй боловч удаан ашиглахын тулд нэг хэвээр халаах, хүйтэн сэргээх, стрессээс сэргийлэх механикийн загварыг шаарддаг.

Кварцын түтүврийн дулааны цохилт эсэргүүцлийг хадгалах үйл ажиллагааны шилдэг туршлагыг

Хяналттай хатуу хучилт, стратегийн урьдчилан халаах, монтажлах загварын зарчим

Кварц түтүврийн хэт бага CTE нь гайхалтай тэсвэртэй байдлыг бий болгодог боловч зөвхөн орон нутгийн дарамтын урсгалыг зайлсхийх тохиолдолд л. Хурдан, нэг хэвшээгүй халаах нь хананы товчлол даяар таталцлын дарамтыг бий болгодог. 5 10 ° C / мин-ийн үе шаттай хурдацтай даралт энэ урсгалыг багасгаж, гадаргын дарамтын нэмэгдлийг урьдчилан сэргийлэнэ. Мөн стратегийн урьдчилан халаах нь мөн адил чухал ач холбогдолтой: цахилгаан өрөөний бүхэл бүтэн бүрэлдэхүүн хэсэгт, түүний дотор тоног төхөөрөмж, дэмжлэгт техник хангамжийг кварцын түтүврийг нэвтрүүлэхийн өмнө нэг хэвшлийн дулаан температурт хүргэх Нөхөн байгуулах нь чөлөөт огийн өргөтгөлийг хангах ёстой: хөдөлгөөнийг хязгаарлаж, дугуйгаар явсны үед механик дарамтыг үүсгэдэг хатуу металлын сэлбэг эсвэл нягт хатуу хатуу хатуу хатуу хатуу хатуу хатуу хатуу хатуу хатуу хатуу хатуу хатуу хатуу Эдгээр арга барилууд нь хамтдаа материалын үйл ажиллагааны амьдралынхаа туршид дулааны цохилд тэсвэртэй байдлыг хадгалдаг.

Сүлжээний товчлогын оптималжлалт, хямралын гажуудалтай геометрийн хувьд чухал хэрэглээ

Хананы товчдол нь дулааны хариуцлагатай, механик бат бөх байдлыг тэнцвэртэд хүргэдэг. Нүүрний хана нь 1.5 мм-ийн доош байх нь дулааны шилжилтийг сайжруулдаг боловч ачаа тээвэрлэх хүчин чадал, алдааг дасан зохицох чадвар багасдаг. 1.53 мм диапазон нь ихээхэн найдвартай хэрэглээний хувьд хамгийн сайн гүйцэтгэлийг өгдөг. Өндөр байдлаас гадна геометрийн хувьд дарамтын хуваарилалтыг тодорхойлдог. Урд талын өнцөг, хатуу хэлбэр, хатуу тал нь стрессийг ихэд нэмэгдүүлнэ. Өндөр хүрээтэй (> 2 мм), хатуу хязгаартай, үе шаттай буурайдаг хязгаартай нь дулаан болон механик дарамтыг үр дүнтэй тархдаг бөгөөд хурдан дугуйн явцад халаалтын эрсдлийг бууруулдаг. Хоёр дамжуулагчийн диффузийн болон окислалын системд ийм загварын сайжруулалт зөвхөн ашигтай биш, харин халуун дулааны цохилттай бүрэн тэсвэртэй байдлыг хангах үндсэн зүйл юм.

Үргэлжлүүлэн шалгах: Хэзээ, яагаад кварц түтүврийн дулааны цохилттай тэмцэх чадвар нь доройтож байна вэ?

Жич: Хоёр дамжуулагчийн боловсруулалтаар хурдан утааг арилгах үйл явцнаас үүссэн микробуурлын эхлэл

Хэт бага CTE 0.55 × 10-6 / °C-ийн үед ч кварц түтүврийн хүчтэй дулааны давтамжтай үед, ялангуяа хагас дамжуулагчийн боловсруулалтад бүтэлгүйтэж болно. 1100°C-ийн түтүврийн эргэн тойрны хүйтэн сэргээлт (жишээ нь, хүйтэн цэвэршүүлэх хий эсвэл хурдацтай олборлолт) -ээс болж, гадаргуу гадаргуу нь 150 MPa-ийг давсан таталцлын дарамтыг үүсгэдэг. Газар дээрх алдаатай үед элсэн Диффузийн тахилгат ордод илэрсэн урсгалт алдаа нь хүйтэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй түр зуурын харьцаатай үед эхлэх хээрийн хальсыг харуулж байна. Эдгээр нь циклик дулааны ачаалалтайгаар тархдаг бөгөөд эцэст нь вакуумын бүрэн бүтэн Эдгээр тохиолдлууд нь нэг гол зарчмыг онцолж байна. дотоод дулааны цохилт эсэргүүцэл нь үйл ажиллагааны сахилга - Тийм ээ. Хяналттай хүйтэнжих суурь, дулааны цохилт нүктээс зайлсхийх, газрын хатуу хяналт нь хамгийн тэсвэртэй материалын хувьд ч чухал хэвээр байна.

НӨАТ-ын хэсэг

Кварц хоолойн дулааны өргөтсөн коэффициент (CTE) хэд вэ?

Кварц хоолойн дулааны өргөтсөн коэффициент (CTE) тун бага — ойролцоогоор 0.55 × 10⁻⁶ /°C, үүнээс шархуу дулааны өөрчлөлтүүд үед хэмжээний өөрчлөлтүүд хамгийн бага бөлгөөнүүд.

Кварц хоолойн дулааны шоккын төдийлэн төвөгтэй төрөлхийн төвөгтэй бүтцийн хүрээлэн тавьж буй нүхүүдийн дутагдал юунаас чухал вэ?

Хайлан кварц нүхүүдийн хүрээлэн тавьж буй нүхүүд, кристалл тавцангууд, дараалалд орсон гажигуудыг агуулахгүй, ийнхүү дулааны хүчнүүд үед хүчний төвөгтэй цуглуулалт ба тракт тархалт үүсгүй, дулааны шоккын төдийлэн төвөгтэй төрөлхийн төвөгтэй бүтцийн хүрээлэн тавьж буй нүхүүдийн дутагдал юунаас чухал вэ.

Кварц хоолойн дулааны шоккын параметр (R) хэд вэ?

Кварц хоолойн дулааны шоккын параметр (R) 1,000°C-аас дээш, үүнээс түүн дулааны шоккын төдийлэн төвөгтэй төрөлхийн төвөгтэй бүтцийн хүрээлэн тавьж буй нүхүүдийн дутагдал юунаас чухал вэ.

Кварц хоолойн дулааны шоккын төдийлэн төвөгтэй төрөлхийн төвөгтэй бүтцийн хүрээлэн тавьж буй нүхүүдийн дутагдал юунаас чухал вэ?

Кварц хоолойн дулааны шокийн төрөлхийн төдийхүүр төвөгтэй бүтэц үлдээхийн тулд хяналттой нугалах хурд, ухаалаг урьдчилан халуун хийх арга, мөн хоолойн төдийхүүр хувиралд чөлөөт түүн дагуу өргөсгөх зүйлсийн суурин дизайн шаардлагатай.

Өндөр найдвартай хэрэглээнд кварц хоолойн ханын түүнхүүр зүйлсийн түүпийн хязгаар ямар байдаг вэ?

Кварц хоолойн ханын хамгийн тохиромжтой түүнхүүр зүйлс 1,5 мм-ээс 3 мм-ийн хооронд байдаг, дулааны хариу үйлдэл ба механик хүчний хооронд тэнцвэр тогтоохын тулд.