Gängige Materialien für den thermischen Bereich: C/C-Verbundwerkstoffe

Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffesind eine Art von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen, mit Kohlenstofffasern als Verstärkungsmaterial und eingelagertem Kohlenstoff als Matrixmaterial. Die Matrix vonC/C-Verbundwerkstoffe sind KohlenstoffDa es fast vollständig aus elementarem Kohlenstoff besteht, weist es eine ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit auf und verfügt über die starken mechanischen Eigenschaften von Kohlefasern. Es wurde bereits früher im Verteidigungsbereich industriell eingesetzt.

Anwendungsgebiete:

C/C-Verbundwerkstoffebefinden sich in der Mitte der industriellen Kette. Der vorgelagerte Bereich umfasst die Herstellung von Kohlefasern und Vorformen und die nachgelagerten Anwendungsfelder sind relativ breit.C/C-Verbundwerkstoffewerden hauptsächlich als hitzebeständige Materialien, Reibmaterialien und Hochleistungswerkstoffe eingesetzt. Sie finden Anwendung in der Luft- und Raumfahrt (Raketendüsenauskleidungen, Wärmeschutzmaterialien und thermische Bauteile von Triebwerken), in Bremsmaterialien (Hochgeschwindigkeitszüge, Flugzeugbremsscheiben), in der Photovoltaik (Isolierrohre, Tiegel, Führungsrohre und andere Komponenten), in biologischen Körpern (künstlichen Knochen) und anderen Bereichen. Derzeit werden inländischeC/C-VerbundwerkstoffeDie Unternehmen konzentrieren sich hauptsächlich auf die Einzelverbindung von Verbundwerkstoffen und erstrecken sich auf die vorgelagerte Vorformrichtung.

C/C-Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch hervorragende Gesamteigenschaften aus: geringe Dichte, hohe spezifische Festigkeit, hoher spezifischer Modul, hohe Wärmeleitfähigkeit, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient, gute Bruchzähigkeit, Verschleißfestigkeit, Ablationsbeständigkeit usw. Im Gegensatz zu anderen Werkstoffen nimmt die Festigkeit von C/C-Verbundwerkstoffen mit steigender Temperatur nicht ab, sondern kann sogar zunehmen. C/C-Verbundwerkstoffe sind hervorragend hitzebeständig und wurden daher erstmals in Raketenauskleidungen eingesetzt.

C/C-Verbundwerkstoffe verfügen über die hervorragenden mechanischen Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften von Kohlenstofffasern sowie die Hitze- und Korrosionsbeständigkeit von Graphit und haben sich zu einem starken Konkurrenten von Graphitprodukten entwickelt. Insbesondere im Anwendungsbereich mit hohen Festigkeitsanforderungen – der Photovoltaikthermie – gewinnen die Wirtschaftlichkeit und Sicherheit von C/C-Verbundwerkstoffen im Vergleich zu großformatigen Siliziumwafern zunehmend an Bedeutung und sind daher stark nachgefragt. Graphit hingegen ist aufgrund begrenzter Produktionskapazitäten auf der Angebotsseite zu einer Ergänzung von C/C-Verbundwerkstoffen geworden.

Photovoltaikthermische Feldanwendung:

Das Thermofeld ist das gesamte System zur Aufrechterhaltung des Wachstums von monokristallinem Silizium oder der Herstellung von polykristallinen Siliziumblöcken bei einer bestimmten Temperatur. Es spielt eine Schlüsselrolle für die Reinheit, Gleichmäßigkeit und andere Eigenschaften von monokristallinem und polykristallinem Silizium und gehört zum vorderen Ende der kristallinen Siliziumherstellungsindustrie. Das Thermofeld kann je nach Produkttyp in das Thermofeldsystem von Einkristallziehöfen für monokristallines Silizium und das Thermofeldsystem von Ingotöfen für polykristallines Silizium unterteilt werden. Da monokristalline Siliziumzellen eine höhere Umwandlungseffizienz als polykristalline Siliziumzellen aufweisen, steigt der Marktanteil von monokristallinen Siliziumwafern weiter an, während der Marktanteil von polykristallinen Siliziumwafern in meinem Land von Jahr zu Jahr sinkt, von 32,5 % im Jahr 2019 auf 9,3 % im Jahr 2020. Daher verwenden Thermofeldhersteller hauptsächlich die Thermofeldtechnologie von Einkristallziehöfen.

Abbildung 2: Thermisches Feld in der industriellen Produktionskette für kristallines Silizium

Das Wärmefeld besteht aus mehr als einem Dutzend Komponenten. Die vier Kernkomponenten sind Tiegel, Führungsrohr, Isolierzylinder und Heizelement. Verschiedene Komponenten stellen unterschiedliche Anforderungen an die Materialeigenschaften. Die folgende Abbildung zeigt schematisch das Wärmefeld von Einkristall-Silizium. Tiegel, Führungsrohr und Isolierzylinder sind die tragenden Bestandteile des Wärmefeldsystems. Ihre Hauptfunktion besteht in der Unterstützung des gesamten Hochtemperatur-Wärmefelds. An sie werden hohe Anforderungen an Dichte, Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit gestellt. Das Heizelement ist ein direktes Heizelement im Wärmefeld. Seine Funktion besteht in der Bereitstellung von Wärmeenergie. Da es in der Regel resistiv ist, werden an das Material höhere Anforderungen an den spezifischen Widerstand gestellt.