Производството на слънчева фотоволтаична енергия се превърна в най-обещаващата нова енергийна индустрия в света. В сравнение с полисилициевите и аморфните силициеви слънчеви клетки, монокристалният силиций, като материал за генериране на фотоволтаична енергия, има висока ефективност на фотоелектрическото преобразуване и изключителни търговски предимства и се е превърнал в основен метод за производство на слънчева фотоволтаична енергия. Чохралски (CZ) е един от основните методи за получаване на монокристален силиций. Съставът на монокристалната пещ на Чохралски включва пещна система, вакуумна система, газова система, система за термично поле и система за електрическо управление. Системата за термично поле е едно от най-важните условия за растежа на монокристален силиций, а качеството на монокристалния силиций е пряко повлияно от разпределението на температурния градиент на термичното поле.
Компонентите на термичното поле са съставени главно от въглеродни материали (графитни материали и въглерод/въглеродни композитни материали), които се разделят на опорни части, функционални части, нагревателни елементи, защитни части, топлоизолационни материали и др., според техните функции, както е показано на Фигура 1. С увеличаването на размера на монокристалния силиций, изискванията за размер на компонентите на термичното поле също се увеличават. Въглерод/въглеродните композитни материали се превръщат в първи избор за материали за термично поле за монокристален силиций поради своята размерна стабилност и отлични механични свойства.
В процеса на получаване на цзокралциев монокристален силиций, топенето на силициевия материал води до образуване на силициеви пари и пръски от разтопен силиций, което води до силицификационна ерозия на въглерод/въглеродните термополеви материали, а механичните свойства и експлоатационният живот на въглерод/въглеродните термополеви материали са сериозно засегнати. Следователно, как да се намали силицификационната ерозия на въглерод/въглеродните термополеви материали и да се подобри експлоатационният им живот, се е превърнало в една от общите грижи на производителите на монокристален силиций и въглерод/въглеродни термополеви материали.Силициево-карбидно покритиесе е превърнал в първи избор за защита на повърхностните покрития на термополеви материали въглерод/въглерод, благодарение на отличната си устойчивост на термичен удар и износоустойчивост.
В тази статия, започвайки с въглерод/въглеродни термополеви материали, използвани в производството на монокристален силиций, са представени основните методи за получаване, предимствата и недостатъците на силициево-карбидните покрития. На тази основа са разгледани приложението и напредъкът в изследванията на силициево-карбидните покрития в въглерод/въглеродни термополеви материали, в зависимост от характеристиките на въглерод/въглеродните термополеви материали, и са представени предложения и насоки за развитие за защита на повърхностните покрития на въглерод/въглеродни термополеви материали.
1 Технология на приготвяне насилициево-карбидно покритие
1.1 Метод на вграждане
Методът на вграждане често се използва за приготвяне на вътрешното покритие от силициев карбид в композитна система C/C-sic. Този метод първо използва смесен прах за обвиване на въглерод/въглеродния композитен материал, след което извършва термична обработка при определена температура. Между смесения прах и повърхността на пробата протичат серия от сложни физикохимични реакции, за да се образува покритието. Предимството му е, че процесът е прост и само с един процес могат да се получат плътни, безпукнати матрични композитни материали; Малка промяна в размера от заготовката до крайния продукт; Подходящ за всякаква структура, подсилена с влакна; Може да се образува определен градиент на състава между покритието и основата, което е добре съчетано със основата. Съществуват обаче и недостатъци, като например химическата реакция при висока температура, която може да повреди влакната, и намаляването на механичните свойства на въглерод/въглеродната матрица. Еднородността на покритието е трудна за контролиране поради фактори като гравитацията, което прави покритието неравномерно.
1.2 Метод за нанасяне на суспензия
Методът на суспензионно покритие е смесване на покриващия материал и свързващото вещество в смес, равномерно нанасяне с четка върху повърхността на матрицата. След изсушаване в инертна атмосфера, покритият образец се синтерова при висока температура и може да се получи необходимото покритие. Предимствата са, че процесът е прост и лесен за работа, а дебелината на покритието е лесна за контролиране. Недостатъкът е, че има лоша здравина на свързване между покритието и основата, лоша устойчивост на термичен удар и ниска равномерност на покритието.
1.3 Метод на химическа реакция с пари
Методът на химическа реакция с пари (CVR) е технологичен процес, при който твърд силициев материал се изпарява в силициеви пари при определена температура, след което силициевите пари дифундират във вътрешността и повърхността на матрицата и реагират in situ с въглерода в матрицата, за да се получи силициев карбид. Предимствата му включват равномерна атмосфера в пещта, постоянна скорост на реакция и дебелина на отлагане на покрития материал навсякъде; Процесът е прост и лесен за работа, а дебелината на покритието може да се контролира чрез промяна на налягането на силициевите пари, времето за отлагане и други параметри. Недостатъкът е, че пробата е силно повлияна от положението в пещта и налягането на силициевите пари в пещта не може да достигне теоретичната равномерност, което води до неравномерна дебелина на покритието.
1.4 Метод за химическо отлагане от пари
Химичното отлагане от пари (CVD) е процес, при който въглеводородите се използват като източник на газ и N2/Ar с висока чистота като газ-носител за въвеждане на смесени газове в химически парен реактор, след което въглеводородите се разлагат, синтезират, дифундират, адсорбират и разделят при определена температура и налягане, за да образуват твърди филми върху повърхността на въглерод/въглеродните композитни материали. Предимството му е, че плътността и чистотата на покритието могат да се контролират; Подходящ е и за детайли с по-сложна форма; Кристалната структура и морфологията на повърхността на продукта могат да се контролират чрез регулиране на параметрите на отлагане. Недостатъците са, че скоростта на отлагане е твърде ниска, процесът е сложен, производствените разходи са високи и може да има дефекти на покритието, като пукнатини, дефекти на мрежата и повърхностни дефекти.
В обобщение, методът на вграждане е ограничен до своите технологични характеристики, което го прави подходящ за разработване и производство на лабораторни и малки по размер материали; методът на покритие не е подходящ за масово производство поради лошата си консистенция. CVR методът може да отговори на масовото производство на продукти с големи размери, но има по-високи изисквания към оборудването и технологиите. CVD методът е идеален метод за подготовка.SIC покритие, но цената му е по-висока от тази на CVR метода поради трудността при контрола на процеса.
Време на публикуване: 22 февруари 2024 г.