মূলধারার তাপীয় ক্ষেত্রের উপকরণ: C/C যৌগিক উপকরণ

কার্বন-কার্বন যৌগএগুলো এক ধরনের কার্বন ফাইবার কম্পোজিট, যেখানে কার্বন ফাইবার শক্তিবর্ধক উপাদান হিসেবে এবং জমা হওয়া কার্বন ম্যাট্রিক্স উপাদান হিসেবে থাকে। এর ম্যাট্রিক্সC/C যৌগ হলো কার্বনযেহেতু এটি প্রায় সম্পূর্ণরূপে মৌলিক কার্বন দ্বারা গঠিত, তাই এর চমৎকার উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে এবং এটি কার্বন ফাইবারের শক্তিশালী যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যও ধারণ করে। প্রতিরক্ষা ক্ষেত্রে এর ব্যবহার আগে থেকেই শুরু হয়েছে।

প্রয়োগের ক্ষেত্রসমূহ:

C/C যৌগিক পদার্থশিল্প শৃঙ্খলের মাঝামাঝি অবস্থিত, এবং এর ঊর্ধ্বপ্রবাহে কার্বন ফাইবার ও প্রিফর্ম উৎপাদন অন্তর্ভুক্ত, আর নিম্নপ্রবাহের প্রয়োগক্ষেত্র তুলনামূলকভাবে বিস্তৃত।C/C যৌগিক পদার্থএগুলো প্রধানত তাপ-প্রতিরোধী উপাদান, ঘর্ষণ উপাদান এবং উচ্চ যান্ত্রিক কর্মক্ষমতা সম্পন্ন উপাদান হিসেবে ব্যবহৃত হয়। এগুলো মহাকাশ (রকেট নজল থ্রোট লাইনিং, তাপ সুরক্ষা উপাদান এবং ইঞ্জিনের তাপীয় কাঠামোগত অংশ), ব্রেক উপাদান (দ্রুতগামী রেল, বিমানের ব্রেক ডিস্ক), ফটোভোল্টাইক তাপ ক্ষেত্র (ইনসুলেশন ব্যারেল, ক্রুসিবল, গাইড টিউব এবং অন্যান্য উপাদান), জৈব দেহ (কৃত্রিম হাড়) এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয়। বর্তমানে, দেশীয়C/C যৌগিক পদার্থকোম্পানিগুলো মূলত যৌগিক পদার্থের একক সংযোগের উপর মনোযোগ দেয় এবং আপস্ট্রিম প্রিফর্মের দিকে তাদের কার্যক্রম প্রসারিত করে।

C/C কম্পোজিট উপাদানের চমৎকার সার্বিক কর্মক্ষমতা রয়েছে, যার মধ্যে কম ঘনত্ব, উচ্চ আপেক্ষিক শক্তি, উচ্চ আপেক্ষিক মডুলাস, উচ্চ তাপ পরিবাহিতা, কম তাপীয় প্রসারণ সহগ, ভালো ফাটল সহনশীলতা, পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতা, ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা ইত্যাদি উল্লেখযোগ্য। বিশেষত, অন্যান্য উপাদানের মতো নয়, তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে C/C কম্পোজিট উপাদানের শক্তি হ্রাস না পেয়ে বরং বৃদ্ধি পেতে পারে। এটি একটি চমৎকার তাপ-প্রতিরোধী উপাদান, এবং এই কারণে রকেট থ্রোট লাইনারে এর প্রথম শিল্প ব্যবহার শুরু হয়।

C/C কম্পোজিট উপাদান কার্বন ফাইবারের চমৎকার যান্ত্রিক ও প্রক্রিয়াকরণ বৈশিষ্ট্য ধারণ করে এবং এতে গ্রাফাইটের তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা ও ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতাও রয়েছে, ফলে এটি গ্রাফাইট পণ্যের একটি শক্তিশালী প্রতিযোগী হয়ে উঠেছে। বিশেষ করে উচ্চ শক্তির প্রয়োজনীয়তাযুক্ত প্রয়োগ ক্ষেত্রে—যেমন ফটোভোল্টাইক তাপীয় ক্ষেত্রে—বৃহৎ আকারের সিলিকন ওয়েফারের অধীনে C/C কম্পোজিট উপাদানের ব্যয়-সাশ্রয়ীতা এবং নিরাপত্তা ক্রমশই বেশি গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠছে এবং এটি একটি কঠোর চাহিদায় পরিণত হয়েছে। অন্যদিকে, সরবরাহ ক্ষেত্রে সীমিত উৎপাদন ক্ষমতার কারণে গ্রাফাইট C/C কম্পোজিট উপাদানের একটি পরিপূরক হিসেবে ব্যবহৃত হচ্ছে।

ফটোভোল্টাইক তাপীয় ক্ষেত্রের প্রয়োগ:

থার্মাল ফিল্ড হলো একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় মনোক্রিস্টালাইন সিলিকনের বৃদ্ধি অথবা পলিক্রিস্টালাইন সিলিকন ইনগট উৎপাদন বজায় রাখার জন্য ব্যবহৃত সম্পূর্ণ সিস্টেম। এটি মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন এবং পলিক্রিস্টালাইন সিলিকনের বিশুদ্ধতা, সমরূপতা এবং অন্যান্য গুণাবলীর ক্ষেত্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে এবং ক্রিস্টালাইন সিলিকন উৎপাদন শিল্পের অগ্রভাগের অন্তর্ভুক্ত। পণ্যের ধরন অনুসারে থার্মাল ফিল্ডকে মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন সিঙ্গেল ক্রিস্টাল পুলিং ফার্নেসের থার্মাল ফিল্ড সিস্টেম এবং পলিক্রিস্টালাইন ইনগট ফার্নেসের থার্মাল ফিল্ড সিস্টেমে ভাগ করা যায়। যেহেতু পলিক্রিস্টালাইন সিলিকন সেলের তুলনায় মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন সেলের রূপান্তর দক্ষতা বেশি, তাই মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন ওয়েফারের বাজার অংশ ক্রমাগত বৃদ্ধি পাচ্ছে, অন্যদিকে আমার দেশে পলিক্রিস্টালাইন সিলিকন ওয়েফারের বাজার অংশ বছর বছর হ্রাস পাচ্ছে, যা ২০১৯ সালে ৩২.৫% থেকে ২০২০ সালে ৯.৩%-এ নেমে এসেছে। তাই, থার্মাল ফিল্ড নির্মাতারা প্রধানত সিঙ্গেল ক্রিস্টাল পুলিং ফার্নেসের থার্মাল ফিল্ড প্রযুক্তি পথ ব্যবহার করে।

চিত্র ২: স্ফটিকাকার সিলিকন উৎপাদন শিল্প শৃঙ্খলে তাপ ক্ষেত্র

তাপ ক্ষেত্রটি এক ডজনেরও বেশি উপাদান দিয়ে গঠিত, এবং এর চারটি মূল উপাদান হলো ক্রুসিবল, গাইড টিউব, ইনসুলেশন সিলিন্ডার এবং হিটার। বিভিন্ন উপাদানের জন্য পদার্থের বৈশিষ্ট্যের ক্ষেত্রে ভিন্ন ভিন্ন প্রয়োজনীয়তা রয়েছে। নিচের চিত্রটি একক স্ফটিক সিলিকনের তাপ ক্ষেত্রের একটি পরিকল্পিত চিত্র। ক্রুসিবল, গাইড টিউব এবং ইনসুলেশন সিলিন্ডার হলো তাপ ক্ষেত্র সিস্টেমের কাঠামোগত অংশ। এদের মূল কাজ হলো সম্পূর্ণ উচ্চ-তাপমাত্রার তাপ ক্ষেত্রটিকে ধরে রাখা, এবং এদের ঘনত্ব, শক্তি ও তাপ পরিবাহিতার ক্ষেত্রে উচ্চ প্রয়োজনীয়তা রয়েছে। হিটার হলো তাপ ক্ষেত্রের একটি সরাসরি উত্তাপ প্রদানকারী উপাদান। এর কাজ হলো তাপ শক্তি সরবরাহ করা। এটি সাধারণত রোধক প্রকৃতির, তাই এর জন্য পদার্থের রোধাঙ্কের ক্ষেত্রে উচ্চতর প্রয়োজনীয়তা রয়েছে।