La generación de energía solar fotovoltaica se ha convertido en la nueva industria energética más prometedora del mundo. En comparación con las células solares de polisilicio y silicio amorfo, el silicio monocristalino, como material para la generación de energía fotovoltaica, presenta una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica y ventajas comerciales excepcionales, convirtiéndose en el material principal en este campo. El método Czochralski (CZ) es uno de los principales para la preparación de silicio monocristalino. La composición del horno monocristalino Czochralski incluye un sistema de horno, un sistema de vacío, un sistema de gas, un sistema de campo térmico y un sistema de control eléctrico. El sistema de campo térmico es una de las condiciones más importantes para el crecimiento del silicio monocristalino, y su calidad se ve directamente afectada por la distribución del gradiente de temperatura del campo térmico.
Los componentes del campo térmico se componen principalmente de materiales de carbono (grafito y materiales compuestos de carbono/carbono), que se dividen en piezas de soporte, piezas funcionales, elementos calefactores, piezas protectoras, materiales de aislamiento térmico, etc., según sus funciones, como se muestra en la Figura 1. A medida que el tamaño del silicio monocristalino aumenta, también aumentan los requisitos de tamaño para los componentes del campo térmico. Los materiales compuestos de carbono/carbono se han convertido en la opción preferida para el campo térmico del silicio monocristalino debido a su estabilidad dimensional y excelentes propiedades mecánicas.
En el proceso de silicio monocristalino czochralcian, la fusión del silicio produce vapor y salpicaduras de silicio fundido, lo que provoca la erosión por silicificación de los materiales de campo térmico de carbono/carbono, lo que afecta gravemente sus propiedades mecánicas y su vida útil. Por lo tanto, reducir la erosión por silicificación de los materiales de campo térmico de carbono/carbono y prolongar su vida útil se ha convertido en una preocupación común de los fabricantes de silicio monocristalino y de materiales de campo térmico de carbono/carbono.recubrimiento de carburo de silicioSe ha convertido en la primera opción para la protección del revestimiento de superficies de materiales de campo térmico de carbono/carbono debido a su excelente resistencia al choque térmico y al desgaste.
En este artículo, a partir de los materiales de campo térmico de carbono/carbono utilizados en la producción de silicio monocristalino, se presentan los principales métodos de preparación, así como las ventajas y desventajas del recubrimiento de carburo de silicio. Sobre esta base, se revisa la aplicación y el progreso de la investigación sobre el recubrimiento de carburo de silicio en materiales de campo térmico de carbono/carbono, según sus características, y se presentan sugerencias y líneas de desarrollo para la protección de la superficie mediante recubrimientos de materiales de campo térmico de carbono/carbono.
1 Tecnología de preparación derecubrimiento de carburo de silicio
1.1 Método de incrustación
El método de incrustación se utiliza a menudo para preparar el recubrimiento interno de carburo de silicio en sistemas de materiales compuestos C/C-sic. Este método primero utiliza polvo mixto para envolver el material compuesto carbono/carbono y luego realiza un tratamiento térmico a cierta temperatura. Una serie de reacciones fisicoquímicas complejas ocurren entre el polvo mixto y la superficie de la muestra para formar el recubrimiento. Su ventaja es que el proceso es simple, solo un proceso puede preparar materiales compuestos de matriz densos y sin grietas; pequeños cambios de tamaño desde la preforma hasta el producto final; adecuado para cualquier estructura reforzada con fibra; se puede formar un cierto gradiente de composición entre el recubrimiento y el sustrato, que se combina bien con el sustrato. Sin embargo, también hay desventajas, como la reacción química a alta temperatura, que puede dañar la fibra, y la disminución de las propiedades mecánicas de la matriz carbono/carbono. La uniformidad del recubrimiento es difícil de controlar, debido a factores como la gravedad, que hace que el recubrimiento sea desigual.
1.2 Método de recubrimiento por lechada
El método de recubrimiento en suspensión consiste en mezclar el material de recubrimiento y el aglutinante, aplicarlo uniformemente sobre la superficie de la matriz y, tras secarse en atmósfera inerte, sinterizar la muestra recubierta a alta temperatura, obteniendo así el recubrimiento requerido. Las ventajas son la simplicidad y facilidad de operación del proceso, y el fácil control del espesor del recubrimiento. Las desventajas son la baja adherencia entre el recubrimiento y el sustrato, su baja resistencia al choque térmico y su baja uniformidad.
1.3 Método de reacción química de vapor
El método de reacción química en fase de vapor (CVR) consiste en evaporar silicio sólido en vapor a una temperatura determinada. Este vapor se difunde en el interior y la superficie de la matriz y reacciona in situ con el carbono presente en ella para producir carburo de silicio. Sus ventajas incluyen una atmósfera uniforme en el horno, una velocidad de reacción constante y un espesor de deposición del material recubierto uniforme en todas partes. El proceso es simple y fácil de operar, y el espesor del recubrimiento se puede controlar modificando la presión de vapor de silicio, el tiempo de deposición y otros parámetros. La desventaja es que la muestra se ve muy afectada por la posición en el horno, y la presión de vapor de silicio en el horno no alcanza la uniformidad teórica, lo que resulta en un espesor de recubrimiento desigual.
1.4 Método de deposición química de vapor
La deposición química en fase de vapor (CVD) es un proceso que utiliza hidrocarburos como fuente de gas y N₂/Ar de alta pureza como gas portador para introducir gases mixtos en un reactor químico de vapor. Los hidrocarburos se descomponen, sintetizan, difunden, adsorben y resuelven a temperatura y presión determinadas para formar películas sólidas sobre la superficie de materiales compuestos de carbono/carbono. Su ventaja es que permite controlar la densidad y la pureza del recubrimiento; también es adecuado para piezas con formas más complejas; la estructura cristalina y la morfología superficial del producto se pueden controlar ajustando los parámetros de deposición. Las desventajas son la baja velocidad de deposición, la complejidad del proceso, el alto coste de producción y la posibilidad de defectos en el recubrimiento, como grietas, defectos de malla y defectos superficiales.
En resumen, el método de incrustación se limita a sus características tecnológicas, lo que lo hace adecuado para el desarrollo y la producción de materiales de laboratorio y de pequeño tamaño. El método de recubrimiento no es adecuado para la producción en masa debido a su baja consistencia. El método CVR puede satisfacer la producción en masa de productos de gran tamaño, pero presenta mayores requisitos de equipo y tecnología. El método CVD es un método ideal para la preparación.Recubrimiento SIC, pero su costo es mayor que el método CVR debido a su dificultad en el control del proceso.
Hora de publicación: 22 de febrero de 2024