Proizvodnja solarne fotonaponske energije postala je najperspektivnija nova energetska industrija na svijetu. U poređenju sa polisilicijumskim i amorfnim silicijumskim solarnim ćelijama, monokristalni silicijum, kao materijal za proizvodnju fotonaponske energije, ima visoku efikasnost fotoelektrične konverzije i izvanredne komercijalne prednosti, te je postao glavni tok proizvodnje solarne fotonaponske energije. Czochralski (CZ) je jedna od glavnih metoda za pripremu monokristalnog silicija. Sastav Czochralski monokristalne peći uključuje sistem peći, vakuumski sistem, gasni sistem, sistem termičkog polja i električni kontrolni sistem. Sistem termičkog polja je jedan od najvažnijih uslova za rast monokristalnog silicija, a kvalitet monokristalnog silicija direktno zavisi od raspodele temperaturnog gradijenta termičkog polja.
Komponente termičkog polja uglavnom se sastoje od ugljičnih materijala (grafitni materijali i ugljik/ugljični kompozitni materijali), koji se prema svojim funkcijama dijele na noseće dijelove, funkcionalne dijelove, grijaće elemente, zaštitne dijelove, materijale za toplinsku izolaciju itd., kao što je prikazano na slici 1. Kako se veličina monokristalnog silicija nastavlja povećavati, rastu i zahtjevi za veličinom komponenti termičkog polja. Ugljik/ugljični kompozitni materijali postaju prvi izbor za materijale termičkog polja za monokristalni silicij zbog svoje dimenzionalne stabilnosti i odličnih mehaničkih svojstava.
U procesu proizvodnje chocralcijskog monokristalnog silicija, topljenje silicijumskog materijala proizvodi silicijumsku paru i prskanje rastopljenog silicija, što rezultira erozijom ugljik/ugljik materijala za termičko polje silifikacijom, a mehanička svojstva i vijek trajanja ugljik/ugljik materijala za termičko polje su ozbiljno pogođeni. Stoga je pitanje kako smanjiti eroziju ugljik/ugljik materijala za termičko polje silifikacijom i poboljšati njihov vijek trajanja postalo jedna od uobičajenih briga proizvođača monokristalnog silicija i proizvođača ugljik/ugljik materijala za termičko polje.Premaz od silicijum karbidapostao je prvi izbor za zaštitu površinskog premaza karbon/karbonskih termalno-poljskih materijala zbog svoje odlične otpornosti na termičke udare i otpornosti na habanje.
U ovom radu, polazeći od ugljik/ugljik materijala za termičko polje koji se koriste u proizvodnji monokristalnog silicija, predstavljene su glavne metode pripreme, prednosti i nedostaci silicijum-karbidnih premaza. Na osnovu toga, pregledan je napredak primjene i istraživanja silicijum-karbidnih premaza u ugljik/ugljik materijalima za termičko polje u skladu sa karakteristikama ugljik/ugljik materijala za termičko polje, te su dati prijedlozi i smjerovi razvoja za zaštitu površinskog premaza ugljik/ugljik materijala za termičko polje.
1 Tehnologija pripremepremaz od silicijum karbida
1.1 Metoda ugrađivanja
Metoda ugrađivanja se često koristi za pripremu unutrašnjeg premaza silicijum karbida u C/C-sic kompozitnom materijalu. Ova metoda prvo koristi miješani prah za oblaganje kompozitnog materijala ugljik/ugljik, a zatim provodi termičku obradu na određenoj temperaturi. Između miješanog praha i površine uzorka odvija se niz složenih fizičko-hemijskih reakcija kako bi se formirao premaz. Prednost postupka je u tome što je jednostavan, samo jedan postupak može pripremiti guste kompozitne materijale s matricom bez pukotina; Mala promjena veličine od predforme do konačnog proizvoda; Pogodno za bilo koju strukturu ojačanu vlaknima; Određeni gradijent sastava može se formirati između premaza i podloge, koji se dobro kombinira sa podlogom. Međutim, postoje i nedostaci, kao što su hemijska reakcija na visokoj temperaturi, koja može oštetiti vlakna, i smanjenje mehaničkih svojstava matrice ugljik/ugljik. Ujednačenost premaza je teško kontrolirati zbog faktora poput gravitacije, što premaz čini neravnomjernim.
1.2 Metoda premazivanja suspenzijom
Metoda nanošenja suspenzijom je miješanje materijala za premaz i veziva u smjesu, ravnomjerno nanošenje četkom na površinu matrice. Nakon sušenja u inertnoj atmosferi, premazani uzorak se sinteruje na visokoj temperaturi, čime se dobija željeni premaz. Prednosti su jednostavan i lak postupak, a debljina premaza se lako kontroliše. Nedostatak je slaba čvrstoća vezivanja između premaza i podloge, slaba otpornost premaza na termički udar i niska ujednačenost premaza.
1.3 Metoda hemijske reakcije u parnoj fazi
Metoda hemijske reakcije s parom (CVR) je procesna metoda koja isparava čvrsti silicijumski materijal u silicijumsku paru na određenoj temperaturi, a zatim silicijumska para difundira u unutrašnjost i površinu matrice i reaguje in situ s ugljikom u matrici da bi se proizveo silicijum karbid. Njene prednosti uključuju ujednačenu atmosferu u peći, konzistentnu brzinu reakcije i debljinu nanošenja premazanog materijala svugdje; Proces je jednostavan i lak za rukovanje, a debljina premaza se može kontrolisati promjenom pritiska silicijumske pare, vremena nanošenja i drugih parametara. Nedostatak je što na uzorak uveliko utiče položaj u peći, a pritisak silicijumske pare u peći ne može dostići teorijsku ujednačenost, što rezultira neravnomjernom debljinom premaza.
1.4 Metoda hemijskog taloženja iz pare
Hemijsko taloženje iz parne faze (CVD) je proces u kojem se ugljikovodici koriste kao izvor plina, a N2/Ar visoke čistoće kao plin nosač za uvođenje miješanih plinova u reaktor s hemijskom parom, a ugljikovodici se razgrađuju, sintetiziraju, difundiraju, adsorbiraju i razdvajaju pod određenom temperaturom i pritiskom kako bi formirali čvrste filmove na površini kompozitnih materijala ugljik/ugljik. Njegova prednost je što se gustoća i čistoća premaza mogu kontrolirati; Također je pogodan za radne komade složenijeg oblika; Kristalna struktura i površinska morfologija proizvoda mogu se kontrolirati podešavanjem parametara taloženja. Nedostaci su što je brzina taloženja preniska, proces je složen, troškovi proizvodnje su visoki i mogu postojati nedostaci premaza, kao što su pukotine, defekti mreže i površinski defekti.
Ukratko, metoda ugradnje je ograničena svojim tehnološkim karakteristikama, što je pogodno za razvoj i proizvodnju laboratorijskih i malih materijala; metoda premazivanja nije pogodna za masovnu proizvodnju zbog svoje loše konzistencije. CVR metoda može zadovoljiti masovnu proizvodnju proizvoda velikih dimenzija, ali ima veće zahtjeve za opremu i tehnologiju. CVD metoda je idealna metoda za pripremuSIC premaz, ali je njena cijena viša od CVR metode zbog teškoće u kontroli procesa.
Vrijeme objave: 22. februar 2024.