تولید انرژی فتوولتائیک خورشیدی به امیدوارکنندهترین صنعت انرژی جدید در جهان تبدیل شده است. در مقایسه با سلولهای خورشیدی پلیسیلیکون و سیلیکون آمورف، سیلیکون تکبلوری، به عنوان یک ماده تولید انرژی فتوولتائیک، دارای راندمان تبدیل فوتوالکتریک بالا و مزایای تجاری برجستهای است و به جریان اصلی تولید انرژی فتوولتائیک خورشیدی تبدیل شده است. Czochralski (CZ) یکی از روشهای اصلی برای تهیه سیلیکون تکبلوری است. ترکیب کوره تکبلوری Czochralski شامل سیستم کوره، سیستم خلاء، سیستم گاز، سیستم میدان حرارتی و سیستم کنترل الکتریکی است. سیستم میدان حرارتی یکی از مهمترین شرایط برای رشد سیلیکون تکبلوری است و کیفیت سیلیکون تکبلوری مستقیماً تحت تأثیر توزیع گرادیان دمایی میدان حرارتی قرار دارد.
اجزای میدان حرارتی عمدتاً از مواد کربنی (مواد گرافیتی و مواد کامپوزیت کربن/کربن) تشکیل شدهاند که بر اساس عملکردشان، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، به قطعات پشتیبان، قطعات کاربردی، عناصر گرمایشی، قطعات محافظ، مواد عایق حرارتی و غیره تقسیم میشوند. با افزایش اندازه سیلیکون تکبلوری، الزامات اندازه برای اجزای میدان حرارتی نیز در حال افزایش است. مواد کامپوزیت کربن/کربن به دلیل پایداری ابعادی و خواص مکانیکی عالی، به اولین انتخاب برای مواد میدان حرارتی برای سیلیکون تکبلوری تبدیل میشوند.
در فرآیند سیلیکون تک کریستالی چزوکرالسی، ذوب مواد سیلیکونی باعث تولید بخار سیلیکون و پاشش سیلیکون مذاب میشود که منجر به فرسایش سیلیسی شدن مواد میدان حرارتی کربن/کربن میشود و خواص مکانیکی و عمر مفید مواد میدان حرارتی کربن/کربن را به طور جدی تحت تأثیر قرار میدهد. بنابراین، چگونگی کاهش فرسایش سیلیسی شدن مواد میدان حرارتی کربن/کربن و بهبود عمر مفید آنها به یکی از دغدغههای رایج تولیدکنندگان سیلیکون تک کریستالی و تولیدکنندگان مواد میدان حرارتی کربن/کربن تبدیل شده است.پوشش سیلیکون کاربیدبه دلیل مقاومت عالی در برابر شوک حرارتی و مقاومت در برابر سایش، به اولین انتخاب برای پوشش سطح محافظت کننده مواد میدان حرارتی کربن/کربن تبدیل شده است.
در این مقاله، با شروع از مواد میدان حرارتی کربن/کربن مورد استفاده در تولید سیلیکون تکبلوری، روشهای اصلی آمادهسازی، مزایا و معایب پوشش کاربید سیلیکون معرفی میشوند. بر این اساس، کاربرد و پیشرفت تحقیقات پوشش کاربید سیلیکون در مواد میدان حرارتی کربن/کربن با توجه به ویژگیهای مواد میدان حرارتی کربن/کربن بررسی شده و پیشنهادات و دستورالعملهای توسعه برای محافظت از پوشش سطحی مواد میدان حرارتی کربن/کربن ارائه میشود.
۱- فناوری آمادهسازیپوشش کاربید سیلیکون
۱.۱ روش جاسازی
روش جاسازی اغلب برای تهیه پوشش داخلی کاربید سیلیکون در سیستم مواد کامپوزیتی C/C-sic استفاده میشود. در این روش ابتدا از پودر مخلوط برای پوشاندن ماده کامپوزیت کربن/کربن استفاده میشود و سپس عملیات حرارتی در دمای خاصی انجام میشود. مجموعهای از واکنشهای فیزیکی-شیمیایی پیچیده بین پودر مخلوط و سطح نمونه رخ میدهد تا پوشش تشکیل شود. مزیت آن این است که فرآیند ساده است، تنها با یک فرآیند میتوان مواد کامپوزیتی زمینه متراکم و بدون ترک تهیه کرد. تغییر اندازه کوچک از پیششکلدهی به محصول نهایی. مناسب برای هر ساختار تقویتشده با الیاف. یک گرادیان ترکیب خاص میتواند بین پوشش و زیرلایه تشکیل شود که به خوبی با زیرلایه ترکیب میشود. با این حال، معایبی نیز وجود دارد، مانند واکنش شیمیایی در دمای بالا که میتواند به فیبر آسیب برساند و کاهش خواص مکانیکی ماتریس کربن/کربن. کنترل یکنواختی پوشش به دلیل عواملی مانند گرانش دشوار است که باعث ناهمواری پوشش میشود.
۱.۲ روش پوشش دوغابی
روش پوششدهی دوغابی به این صورت است که مواد پوششدهنده و چسب را با هم مخلوط میکنند، به طور یکنواخت روی سطح ماتریس با برس میمالند، پس از خشک شدن در اتمسفر خنثی، نمونه پوشش داده شده در دمای بالا تفجوشی میشود و پوشش مورد نیاز به دست میآید. مزایای این روش این است که فرآیند ساده و آسان است و ضخامت پوشش به راحتی قابل کنترل است. عیب آن این است که استحکام اتصال بین پوشش و زیرلایه ضعیف است و مقاومت در برابر شوک حرارتی پوشش ضعیف است و یکنواختی پوشش کم است.
۱.۳ روش واکنش بخار شیمیایی
روش واکنش بخار شیمیایی (CVR) روشی فرآیندی است که در آن ماده سیلیکون جامد در دمای خاصی به بخار سیلیکون تبدیل میشود و سپس بخار سیلیکون به داخل و سطح ماتریس نفوذ میکند و درجا با کربن موجود در ماتریس واکنش میدهد تا کاربید سیلیکون تولید کند. مزایای آن شامل جو یکنواخت در کوره، سرعت واکنش ثابت و ضخامت رسوب مواد پوشش داده شده در همه جا است. این فرآیند ساده و آسان برای کار است و ضخامت پوشش را میتوان با تغییر فشار بخار سیلیکون، زمان رسوب و سایر پارامترها کنترل کرد. عیب آن این است که نمونه به شدت تحت تأثیر موقعیت در کوره قرار میگیرد و فشار بخار سیلیکون در کوره نمیتواند به یکنواختی نظری برسد و در نتیجه ضخامت پوشش ناهموار میشود.
۱.۴ روش رسوب بخار شیمیایی
رسوب بخار شیمیایی (CVD) فرآیندی است که در آن از هیدروکربنها به عنوان منبع گاز و از N2/Ar با خلوص بالا به عنوان گاز حامل برای ورود گازهای مخلوط به یک راکتور بخار شیمیایی استفاده میشود و هیدروکربنها تحت دما و فشار خاصی تجزیه، سنتز، پخش، جذب و حل میشوند تا لایههای جامد روی سطح مواد کامپوزیت کربن/کربن تشکیل دهند. مزیت آن این است که چگالی و خلوص پوشش قابل کنترل است. همچنین برای قطعه کار با شکل پیچیدهتر مناسب است. ساختار کریستالی و مورفولوژی سطح محصول را میتوان با تنظیم پارامترهای رسوب کنترل کرد. معایب آن عبارتند از: سرعت رسوب بسیار پایین، فرآیند پیچیده، هزینه تولید بالا و احتمال وجود عیوب پوشش مانند ترک، عیوب شبکهای و عیوب سطحی.
به طور خلاصه، روش جاسازی محدود به ویژگیهای تکنولوژیکی آن است که برای توسعه و تولید مواد آزمایشگاهی و کوچک مناسب است؛ روش پوششدهی به دلیل قوام ضعیف برای تولید انبوه مناسب نیست. روش CVR میتواند تولید انبوه محصولات با اندازه بزرگ را برآورده کند، اما به تجهیزات و فناوری بالاتری نیاز دارد. روش CVD روشی ایدهآل برای تهیه ...پوشش SICاما هزینه آن به دلیل دشواری کنترل فرآیند، از روش CVR بیشتر است.
زمان ارسال: ۲۲ فوریه ۲۰۲۴