Оригинал (1230513), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Исследования фазового и химического составов циркониевого концентрата (рис. 2.4, табл. 4) показали, что цирконий присутствует в виде двуокиси, а его содержание равно 43%. Для определения основной фракции был проведен гранулометрический анализ (рис. 2.5).

Поэтому для исследований использовалась именно эта фракция.

Рис. 2.4. Фазовый состав циркониевого концентрата.

Химический состав циркониевого концентрата, %.

Таблица 2.4.

концентрат	SiO2	ZrO2	WO3	Fe2O3	Сульфатные остатки	P2O5	Др. компоненты
Циркониевый концентрат	54	43	2,0	0.16	0,08	0,06	0,7

Для определения основной фракции был проведен гранулометрический анализ (рис.2.5).

Проведенные гранулометрический и химический анализы показывают, что максимальное содержание двуокиси циркония наблюдается во фракции менее 125 мкм.

Рис. 2.5. Гранулометрический анализ циркониевого концентрата.

Химический состав циркониевого концентрата в зависимости от размера фракции, мас. %

Способ диффузионного нанесения защитного покрытия из сплава циркония и кремния на поверхность стальных изделий, заключающемся в подготовке диффузионной среды из смеси порошков, содержащих пассивирующие элементы цирконий и кремний, в обеспечении контакта стальных изделий с диффузионной средой, в нагревании стальных изделий с диффузионной средой до температур восстановления пассивирующих элементов 900-950°C, с последующим их охлаждением и извлечением стальных изделий из отработанной диффузионной среды.

Для подготовки диффузионной среды готовят смесь порошков фракции 0,1-0,2мм, содержащую 60-65% цирконового концентрата (бадделеит или циркон), 15-20% чистого фторцирконата кальция, 10-15% чистого флюорита и 10-15% др. компонентов.

Состав цирконового концентрата, содержащего пассивирующие элементы, приведен в таблице 1.

Полученную смесь переводят в твердожидкое состояние, для чего смесь порошков нагревают, например, в горизонтальной трубчатой печи с графитовыми электродами до температуры 800-850°C. В этом температурном интервале достигается твердо-жидкое состояние диффузионной смеси с образованием расплавленных фторидов и оксидных твердых растворов.

Затем полученные расплавленные фториды и оксидные твердые растворы в течение 15-30 минут подвергают активированию постоянным электрическим током с напряжением 42-50В, что приводит к восстановлению циркония и кремния.

Восстановленный цирконий и кремний растворяются в оксидных твердых растворах с образованием нестабильного твердого электролита на основе оксидов циркония и кремния, содержащего фторцирконат и фторид кальция по границам зерен твердого электролита.

Образовавшийся конгломерат способен распадаться при нагреве и последующем охлаждении с выделением циркония и кремния.

В выбранном интервале напряжения тока в 42-50 В происходит удаление избыточного кислорода из твердого электролита (нижняя граница) и блокировка перехода углерода из электродов в твердый электролит (верхняя граница).

Затем упомянутый электролит подвергают медленному охлаждению вместе с печью или на спокойном воздухе, до образования монолитного состояния твердого электролита, после чего охлажденный нестабильный твердый электролит размалывают до состояния порошка.

Далее осуществляют нанесение защитного покрытия на внутреннюю поверхность прямых стальных труб. Для этого в стальные трубы засыпают с вибрацией порошок нестабильного твердого электролита на основе оксидов циркония и кремния с наличием фторцирконата и фторида кальция по границам зерен твердого электролита.

Затем помещают заполненную порошком стальную трубу в индукционный колодец и нагревают трубу до температуры 900-950°C.

При нагревании фторцирконат и фторид кальция расплавляются, нестабильный твердый электролит на основе оксида циркония претерпевает распад с высвобождением циркония и кремния из твердого раствора. Катионы циркония и кремния переходят в расплав фторидов.

После получения твердо-жидкого состояния конгламерата стальную трубу охлаждают до температуры 400-450°C.

При охлаждении конгломерата до температуры 400-450°C катионы циркония и кремния благодаря термодиффузии переносятся расплавом фторидов на внутреннюю поверхность трубы, образуя на ней защитное покрытие из сплава циркония и кремния толщиной до 0,2 мм. Благодаря кристалло-химическому подобию кристаллических решеток циркония защитного покрытия и железа стальной трубы происходит их сцепление с высокой адгезией.

Выбивание отработанного конгломерата осуществляют при его температуре не ниже 400°C до его полного затвердевания.

После удаления диффузионной среды наружная поверхность нанесенного слоя окисляется с образованием плотного оксидного слоя (критерий Пиллинга-Бэдворта выше единицы).

В результате получают стальную трубу с защитным покрытием из сплава циркония и кремния, содержащий до 93,0% циркония, до 6,0% кремния и остальное примеси с плотным оксидным слоем. [3]

Данный способ приводит к увеличению безремонтного срока службы стальных изделий до срока службы основного сооружения за счет увеличения толщины защитного слоя с повышенной ударной вязкостью и к обеспечению экологической чистоты стальных изделий.

2.4 Оборудование и способ нанесения

ДИФФУЗИОННАЯ ПЕЧЬ

Применение метода. Диффузия как самостоятельный технологи­ческий процесс в настоящее время - самый распространенный метод введения легирующих примесей в полупроводниковые пластины или в выращенные на них эпитаксиальные слои с целью получения облас­тей противоположного по сравнению с исходным полупроводником типа проводимости либо с более низким электросопротивлением. В первом случае получают, например, эмиттеры, базы и изолирующие области транзистора, во втором случае -n⁺, p⁺ - скрытые области, уменьшающие сопротивление тела коллектора, или приконтактные области, уменьшающие инжекцию неосновных носителей с омических контактов и улучшающие их качество.

При изготовлении быстродействующих структур с хорошими им­пульсными свойствами диффузию применяют для введения примесей, образующих в запрещенной зоне полупроводника глубокие уровни и уменьшающих время жизни неосновных носителей тока. Такими примесями для кремния являются золото и никель.

Движущая сила диффузии.

Диффузия - явление направленного перемещения частиц вещества в сторону убывания их концентрации. Движущей силой диффузии является градиент концентрации атомов или молекул вещества в твердом теле.

При изготовлении диффузионных структур на поверхности полу­проводниковых пластин создают повышенные концентрации легирующей примеси, которая начинает диффундировать вглубь.

Механизм диффузии. В реальных полупроводниках диффузия может Осуществляться тремя способами.

• При обменном механизме происхо­дит простой обмен местами двух атомов или кольцевой обмен с участием нескольких атомов.

• При вакансионном механизме диффузия осуществляется путем последовательных перескоков примесных ато­мов замещения из собственных узлов в вакантные (свободные) узлы.

• Диффузия при междуузельном механизме происходит в результате последовательных переходов примеси внедрения из одного междоузлия в другое.

Законы диффузии. Процессы диффузионного переноса вещества в полупроводниках описываются двумя уравнениями (законами) Фика. Толщина диффузионного слоя обычно значительно меньше площади пластины. Если диффузия идет по всей поверхности пластины, можно считать, что диффузия одномерна, так как примесь диффундирует в основном в направлении нормали к поверхности.

Первое уравнение одномерной диффузии определяет поток атомов примеси и области с повышенной концентрацией в область с понижен­ной концентрацией:

(1)

здесь D - коэффициент диффузии, численно равный количеству атомов примеси, проходящих за единицу времени через единичную площадку, нормальную к направлений диффузии, при градиенте концентрации примеси, равном единице; N - концентрация примеси; x - координата.

Второе уравнение диффузии, выводится из первого при допущении, что D не зависит от концентрации:

(2)

Данное уравнение - закон Фика - является основным законом диффузии. Он определяет концентрацию вводимой в полупроводник примеси в любой момент времени t на любом расстоянии х от по­верхности при заданной температуре Т диффузии. Температура вхо­дит во второе уравнение не явно, а через D , равное

(3)

здесь D₀ - постоянная, численно равная D при бесконечно большой температуре; Е - энергия активации процесса диффузии данной примеси, т.е. энергия, необходимая для перескока атома примеси в вакантный узел решетки;

R -универсальная газовая постоянная, при комнатной температуре диффузия в твердых телах практически не наблюдается, диффузионные процессы в полупровод­никах ведут при высоких температурах: 800 - 900 °С - для германия и 1000 - 1350 °С - для кремния.

2.5 Способы проведения диффузии

Для получения воспроизводимых параметров диффузионных сло­ев и сравнительно невысоких поверхностных концентраций, которые почти всегда требуются при изготовлении интегральных микросхем, большинство диффузионных процессов ведутся в две стадии.

На первой стадии в тонкий приповерхностный слой полупроводни­ковой пластины вводится определенное количество легирующей при­меси из неограниченного источника.

Тем самым на первом этапе, часто называемом "загонкой", создается поверхностный слой повы­шенной концентрации - источник примеси для второго этапа.

Вторую стадию диффузии - диффузионный отжиг, называемую иног­да "разгонкой", проводят при отсутствии источника примеси, при­меняемого на первой стадии. При этом происходит перераспределе­ние введенной на первой стадии примеси на определенную глубину. Если окончательная глубина диффузии значительно больше толщины диффузионного слоя, полученного на первой стадии, и если примесь не уходит в окружающее пространство из объема пластин, можно считать, что на второй стадии диффузия идет из ограниченного поверхностного источника.

Диффузия в проточной трубе в потоке газа-носителя. Способ является основным для проведения первой стадии диффузии. Через открытое выходное отверстие кварцевой трубы производят загрузку кремниеевых пластин, помещенных в специальные лодочки из кварца. Входное отверстие трубы соединяется с системой газораспределения диффузионной установки. Газ-носитель доставляет к поверхности пластин пары диффузанта.

Кварцевая труба проходит внутри муфеля одно- и двухзонной печи, имеющей разброс температуры в зоне не более 0,5 °С.

Характеристики

Список файлов ВКР