La generació d'energia solar fotovoltaica s'ha convertit en la nova indústria energètica més prometedora del món. En comparació amb les cèl·lules solars de polisilici i silici amorf, el silici monocristal·lí, com a material de generació d'energia fotovoltaica, té una alta eficiència de conversió fotoelèctrica i uns avantatges comercials destacats, i s'ha convertit en el principal material de generació d'energia solar fotovoltaica. El silici Czochralski (CZ) és un dels principals mètodes per preparar silici monocristal·lí. La composició del forn monocristal·lí Czochralski inclou un sistema de forn, un sistema de buit, un sistema de gas, un sistema de camp tèrmic i un sistema de control elèctric. El sistema de camp tèrmic és una de les condicions més importants per al creixement del silici monocristal·lí, i la qualitat del silici monocristal·lí es veu afectada directament per la distribució del gradient de temperatura del camp tèrmic.
Els components del camp tèrmic estan compostos principalment de materials de carboni (materials de grafit i materials compostos de carboni/carboni), que es divideixen en parts de suport, parts funcionals, elements de calefacció, parts protectores, materials d'aïllament tèrmic, etc., segons les seves funcions, tal com es mostra a la Figura 1. A mesura que la mida del silici monocristal·lí continua augmentant, els requisits de mida per als components del camp tèrmic també augmenten. Els materials compostos de carboni/carboni es converteixen en la primera opció per als materials de camp tèrmic per al silici monocristal·lí a causa de la seva estabilitat dimensional i excel·lents propietats mecàniques.
En el procés del silici monocristal·lí czochralcià, la fusió del material de silici produirà vapor de silici i esquitxades de silici fos, cosa que provocarà l'erosió per silicificació dels materials de camp tèrmic de carboni/carboni, i les propietats mecàniques i la vida útil dels materials de camp tèrmic de carboni/carboni es veuen greument afectades. Per tant, com reduir l'erosió per silicificació dels materials de camp tèrmic de carboni/carboni i millorar la seva vida útil s'ha convertit en una de les preocupacions comunes dels fabricants de silici monocristal·lí i dels fabricants de materials de camp tèrmic de carboni/carboni.Recobriment de carbur de silicis'ha convertit en la primera opció per a la protecció de recobriments superficials de materials de camp tèrmic de carboni/carboni a causa de la seva excel·lent resistència als xocs tèrmics i al desgast.
En aquest article, partint dels materials de camp tèrmic de carboni/carboni utilitzats en la producció de silici monocristal·lí, s'introdueixen els principals mètodes de preparació, els avantatges i els desavantatges del recobriment de carbur de silici. Sobre aquesta base, es revisa l'aplicació i el progrés de la investigació del recobriment de carbur de silici en materials de camp tèrmic de carboni/carboni segons les característiques dels materials de camp tèrmic de carboni/carboni, i es presenten suggeriments i direccions de desenvolupament per a la protecció del recobriment superficial dels materials de camp tèrmic de carboni/carboni.
1 Tecnologia de preparació derecobriment de carbur de silici
1.1 Mètode d'incrustació
El mètode d'incrustació s'utilitza sovint per preparar el recobriment interior de carbur de silici en un sistema de material compost C/C-sic. Aquest mètode primer utilitza pols barrejada per embolicar el material compost de carboni/carboni i després realitza un tractament tèrmic a una temperatura determinada. Es produeix una sèrie de reaccions fisicoquímiques complexes entre la pols barrejada i la superfície de la mostra per formar el recobriment. El seu avantatge és que el procés és senzill, només un únic procés pot preparar materials compostos de matriu densa i sense esquerdes; Petit canvi de mida de la preforma al producte final; Apte per a qualsevol estructura reforçada amb fibra; Es pot formar un cert gradient de composició entre el recobriment i el substrat, que es combina bé amb el substrat. Tanmateix, també hi ha desavantatges, com ara la reacció química a alta temperatura, que pot danyar la fibra, i la disminució de les propietats mecàniques de la matriu de carboni/carboni. La uniformitat del recobriment és difícil de controlar a causa de factors com la gravetat, que fa que el recobriment sigui desigual.
1.2 Mètode de recobriment de fang
El mètode de recobriment en suspensió consisteix a barrejar el material de recobriment i l'aglutinant en una barreja, aplicar uniformement amb un pinzell a la superfície de la matriu i, després d'assecar-la en una atmosfera inert, sinteritzar la mostra recoberta a alta temperatura i obtenir el recobriment requerit. Els avantatges són que el procés és senzill i fàcil d'operar, i el gruix del recobriment és fàcil de controlar; el desavantatge és que hi ha una baixa resistència d'unió entre el recobriment i el substrat, i la resistència al xoc tèrmic del recobriment és deficient, i la uniformitat del recobriment és baixa.
1.3 Mètode de reacció química de vapor
El mètode de reacció química de vapor (CVR) és un mètode de procés que evapora material de silici sòlid en vapor de silici a una temperatura determinada, i després el vapor de silici es difon a l'interior i a la superfície de la matriu i reacciona in situ amb el carboni de la matriu per produir carbur de silici. Els seus avantatges inclouen una atmosfera uniforme al forn, una velocitat de reacció constant i un gruix de deposició del material recobert a tot arreu; el procés és senzill i fàcil d'operar, i el gruix del recobriment es pot controlar canviant la pressió de vapor de silici, el temps de deposició i altres paràmetres. El desavantatge és que la mostra es veu molt afectada per la posició al forn i la pressió de vapor de silici al forn no pot assolir la uniformitat teòrica, la qual cosa resulta en un gruix de recobriment desigual.
1.4 Mètode de deposició química de vapor
La deposició química de vapor (CVD) és un procés en què s'utilitzen hidrocarburs com a font de gas i N2/Ar d'alta puresa com a gas portador per introduir gasos barrejats en un reactor químic de vapor, i els hidrocarburs es descomponen, sintetitzen, difonen, adsorbeixen i resolen sota una certa temperatura i pressió per formar pel·lícules sòlides a la superfície de materials compostos de carboni/carboni. El seu avantatge és que es pot controlar la densitat i la puresa del recobriment; també és adequat per a peces amb formes més complexes; l'estructura cristal·lina i la morfologia superficial del producte es poden controlar ajustant els paràmetres de deposició. Els desavantatges són que la velocitat de deposició és massa baixa, el procés és complex, el cost de producció és elevat i hi pot haver defectes de recobriment, com ara esquerdes, defectes de malla i defectes superficials.
En resum, el mètode d'incrustació es limita a les seves característiques tecnològiques, cosa que el fa adequat per al desenvolupament i la producció de materials de laboratori i de mida petita; el mètode de recobriment no és adequat per a la producció en massa a causa de la seva poca consistència. El mètode CVR pot satisfer la producció en massa de productes de gran mida, però té uns requisits més elevats pel que fa a l'equipament i la tecnologia. El mètode CVD és un mètode ideal per a la preparació.Recobriment SIC, però el seu cost és més elevat que el mètode CVR a causa de la seva dificultat en el control del procés.
Data de publicació: 22 de febrer de 2024