Application et progrès de la recherche du revêtement SiC dans les matériaux à champ thermique carbone/carbone pour le silicium monocristallin-1

La production d'énergie solaire photovoltaïque est devenue la nouvelle industrie énergétique la plus prometteuse au monde.Comparé aux cellules solaires en polysilicium et en silicium amorphe, le silicium monocristallin, en tant que matériau de production d'énergie photovoltaïque, présente une efficacité de conversion photoélectrique élevée et des avantages commerciaux exceptionnels, et est devenu le courant dominant de la production d'énergie solaire photovoltaïque.Czochralski (CZ) est l'une des principales méthodes de préparation du silicium monocristallin.La composition du four monocristallin Czochralski comprend un système de four, un système de vide, un système de gaz, un système de champ thermique et un système de contrôle électrique.Le système de champ thermique est l'une des conditions les plus importantes pour la croissance du silicium monocristallin, et la qualité du silicium monocristallin est directement affectée par la distribution du gradient de température du champ thermique.

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Les composants du champ thermique sont principalement composés de matériaux carbonés (matériaux graphite et matériaux composites carbone/carbone), qui sont divisés en pièces de support, pièces fonctionnelles, éléments chauffants, pièces de protection, matériaux d'isolation thermique, etc., selon leurs fonctions, comme illustré à la figure 1. À mesure que la taille du silicium monocristallin continue d'augmenter, les exigences de taille pour les composants du champ thermique augmentent également.Les matériaux composites carbone/carbone deviennent le premier choix pour les matériaux de champ thermique pour le silicium monocristallin en raison de leur stabilité dimensionnelle et de leurs excellentes propriétés mécaniques.

Dans le processus de silicium monocristallin czochralcien, la fusion du matériau de silicium produira de la vapeur de silicium et des éclaboussures de silicium fondu, entraînant l'érosion par silicification des matériaux de champ thermique carbone/carbone, et les propriétés mécaniques et la durée de vie des matériaux de champ thermique carbone/carbone sont gravement touché.Par conséquent, la manière de réduire l’érosion par silicification des matériaux de champ thermique carbone/carbone et d’améliorer leur durée de vie est devenue l’une des préoccupations communes des fabricants de silicium monocristallin et des fabricants de matériaux de champ thermique carbone/carbone.Revêtement en carbure de siliciumest devenu le premier choix pour la protection des revêtements de surface des matériaux à champ thermique carbone/carbone en raison de son excellente résistance aux chocs thermiques et à l'usure.

Dans cet article, à partir des matériaux à champ thermique carbone/carbone utilisés dans la production de silicium monocristallin, les principales méthodes de préparation, avantages et inconvénients du revêtement en carbure de silicium sont présentés.Sur cette base, l'application et les progrès de la recherche sur le revêtement en carbure de silicium dans les matériaux à champ thermique carbone/carbone sont examinés en fonction des caractéristiques des matériaux à champ thermique carbone/carbone, et des suggestions et des orientations de développement pour la protection du revêtement de surface des matériaux à champ thermique carbone/carbone. sont mises en avant.

1 Technologie de préparation derevêtement en carbure de silicium

1.1 Méthode d'intégration

La méthode d'enrobage est souvent utilisée pour préparer le revêtement interne de carbure de silicium dans le système de matériaux composites C/C-sic.Cette méthode utilise d'abord une poudre mélangée pour envelopper le matériau composite carbone/carbone, puis effectue un traitement thermique à une certaine température.Une série de réactions physico-chimiques complexes se produisent entre la poudre mélangée et la surface de l'échantillon pour former le revêtement.Son avantage est que le procédé est simple, un seul procédé permet de préparer des matériaux composites à matrice dense et sans fissures ;Changement de petite taille de la préforme au produit final ;Convient à toute structure renforcée de fibres ;Un certain gradient de composition peut se former entre le revêtement et le substrat, qui se combine bien avec le substrat.Cependant, il existe également des inconvénients, tels que la réaction chimique à haute température, qui peut endommager la fibre, et la diminution des propriétés mécaniques de la matrice carbone/carbone.L'uniformité du revêtement est difficile à contrôler, en raison de facteurs tels que la gravité, qui rend le revêtement irrégulier.

1.2 Méthode de revêtement en boue

La méthode de revêtement en boue consiste à mélanger le matériau de revêtement et le liant dans un mélange, uniformément au pinceau sur la surface de la matrice, après séchage dans une atmosphère inerte, l'échantillon revêtu est fritté à haute température et le revêtement requis peut être obtenu.Les avantages sont que le processus est simple et facile à utiliser, et que l'épaisseur du revêtement est facile à contrôler ;L'inconvénient est qu'il existe une faible force de liaison entre le revêtement et le substrat, que la résistance aux chocs thermiques du revêtement est médiocre et que l'uniformité du revêtement est faible.

1.3 Méthode de réaction chimique en vapeur

Vapeur chimique réaction(CVR) La méthode est une méthode de traitement qui évapore un matériau de silicium solide en vapeur de silicium à une certaine température, puis la vapeur de silicium se diffuse à l'intérieur et à la surface de la matrice et réagit in situ avec le carbone dans la matrice pour produire du carbure de silicium.Ses avantages incluent une atmosphère uniforme dans le four, une vitesse de réaction constante et une épaisseur de dépôt du matériau enduit partout ;Le processus est simple et facile à utiliser, et l'épaisseur du revêtement peut être contrôlée en modifiant la pression de vapeur de silicium, le temps de dépôt et d'autres paramètres.L'inconvénient est que l'échantillon est fortement affecté par la position dans le four et que la pression de vapeur de silicium dans le four ne peut pas atteindre l'uniformité théorique, ce qui entraîne une épaisseur de revêtement inégale.

1.4 Méthode de dépôt chimique en phase vapeur

Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est un processus dans lequel des hydrocarbures sont utilisés comme source de gaz et du N2/Ar de haute pureté comme gaz porteur pour introduire des gaz mélangés dans un réacteur chimique à vapeur, et les hydrocarbures sont décomposés, synthétisés, diffusés, adsorbés et résolus sous certaine température et pression pour former des films solides sur la surface des matériaux composites carbone/carbone.Son avantage est que la densité et la pureté du revêtement peuvent être contrôlées ;Il convient également au travail-pièce de forme plus complexe;La structure cristalline et la morphologie de surface du produit peuvent être contrôlées en ajustant les paramètres de dépôt.Les inconvénients sont que la vitesse de dépôt est trop faible, le processus est complexe, le coût de production est élevé et il peut y avoir des défauts de revêtement, tels que des fissures, des défauts de maillage et des défauts de surface.

En résumé, la méthode d'enrobage est limitée à ses caractéristiques technologiques, qui conviennent au développement et à la production de matériaux de laboratoire et de petites dimensions ;La méthode de revêtement ne convient pas à la production de masse en raison de sa mauvaise consistance.La méthode CVR peut répondre à la production en série de produits de grande taille, mais elle impose des exigences plus élevées en matière d’équipement et de technologie.La méthode CVD est une méthode idéale pour préparerRevêtement SIC, mais son coût est plus élevé que la méthode CVR en raison de sa difficulté à contrôler le processus.


Heure de publication : 22 février 2024
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