A xeración de enerxía solar fotovoltaica converteuse na nova industria enerxética máis prometedora do mundo. En comparación coas células solares de polisilicio e silicio amorfo, o silicio monocristalino, como material de xeración de enerxía fotovoltaica, ten unha alta eficiencia de conversión fotoeléctrica e excelentes vantaxes comerciais, e converteuse na corrente principal da xeración de enerxía solar fotovoltaica. O silicio Czochralski (CZ) é un dos principais métodos para preparar silicio monocristalino. A composición do forno monocristalino Czochralski inclúe o sistema de forno, o sistema de baleiro, o sistema de gas, o sistema de campo térmico e o sistema de control eléctrico. O sistema de campo térmico é unha das condicións máis importantes para o crecemento do silicio monocristalino, e a calidade do silicio monocristalino vese directamente afectada pola distribución do gradiente de temperatura do campo térmico.
Os compoñentes do campo térmico están compostos principalmente por materiais de carbono (materiais de grafito e materiais compostos de carbono/carbono), que se dividen en pezas de soporte, pezas funcionais, elementos de calefacción, pezas protectoras, materiais de illamento térmico, etc., segundo as súas funcións, como se mostra na Figura 1. A medida que o tamaño do silicio monocristalino continúa a aumentar, os requisitos de tamaño para os compoñentes do campo térmico tamén están a aumentar. Os materiais compostos de carbono/carbono convértense na primeira opción para os materiais de campo térmico para o silicio monocristalino debido á súa estabilidade dimensional e excelentes propiedades mecánicas.
No proceso de silicio monocristalino czochralciano, a fusión do material de silicio producirá vapor de silicio e salpicaduras de silicio fundido, o que resultará na erosión por silicificación dos materiais de campo térmico de carbono/carbono, e as propiedades mecánicas e a vida útil dos materiais de campo térmico de carbono/carbono vense gravemente afectadas. Polo tanto, como reducir a erosión por silicificación dos materiais de campo térmico de carbono/carbono e mellorar a súa vida útil converteuse nunha das preocupacións comúns dos fabricantes de silicio monocristalino e fabricantes de materiais de campo térmico de carbono/carbono.Revestimento de carburo de silicioconverteuse na primeira opción para a protección de revestimentos superficiais de materiais de campo térmico de carbono/carbono debido á súa excelente resistencia aos choques térmicos e ao desgaste.
Neste artigo, partindo dos materiais de campo térmico carbono/carbono empregados na produción de silicio monocristalino, preséntanse os principais métodos de preparación, as vantaxes e as desvantaxes do revestimento de carburo de silicio. Con base nisto, revísase a aplicación e o progreso da investigación do revestimento de carburo de silicio en materiais de campo térmico carbono/carbono segundo as características dos materiais de campo térmico carbono/carbono, e propóñense suxestións e direccións de desenvolvemento para a protección do revestimento superficial dos materiais de campo térmico carbono/carbono.
1 Tecnoloxía de preparación derevestimento de carburo de silicio
1.1 Método de incrustación
O método de incrustación úsase a miúdo para preparar o revestimento interior de carburo de silicio no sistema de material composto C/C-sic. Este método primeiro usa po mesturado para envolver o material composto de carbono/carbono e, a continuación, realiza un tratamento térmico a unha determinada temperatura. Prodúcense unha serie de reaccións fisicoquímicas complexas entre o po mesturado e a superficie da mostra para formar o revestimento. A súa vantaxe é que o proceso é sinxelo, xa que un só proceso pode preparar materiais compostos de matriz densa e sen gretas; Pequeno cambio de tamaño desde a preforma ata o produto final; Apto para calquera estrutura reforzada con fibra; Pódese formar un certo gradiente de composición entre o revestimento e o substrato, que se combina ben co substrato. Non obstante, tamén hai desvantaxes, como a reacción química a alta temperatura, que pode danar a fibra, e a diminución das propiedades mecánicas da matriz de carbono/carbono. A uniformidade do revestimento é difícil de controlar debido a factores como a gravidade, que fai que o revestimento sexa desigual.
1.2 Método de revestimento con pasta
O método de revestimento en suspensión consiste en mesturar o material de revestimento e o aglutinante nunha mestura, aplicar uniformemente con pincel na superficie da matriz e, despois de secar nunha atmosfera inerte, sinterízase a alta temperatura a mostra revestida e pódese obter o revestimento requirido. As vantaxes son que o proceso é sinxelo e doado de operar e que o grosor do revestimento é doado de controlar; a desvantaxe é que hai unha baixa forza de unión entre o revestimento e o substrato, a resistencia ao choque térmico do revestimento é deficiente e a uniformidade do revestimento é baixa.
1.3 Método de reacción química en fase de vapor
O método de reacción química de vapor (CVR) é un método de proceso que evapora material de silicio sólido en vapor de silicio a unha determinada temperatura, e despois o vapor de silicio difúndese no interior e na superficie da matriz e reacciona in situ co carbono da matriz para producir carburo de silicio. As súas vantaxes inclúen unha atmosfera uniforme no forno, unha velocidade de reacción consistente e un grosor de deposición do material revestido en todas partes; o proceso é sinxelo e doado de operar, e o grosor do revestimento pódese controlar cambiando a presión de vapor de silicio, o tempo de deposición e outros parámetros. A desvantaxe é que a mostra vese moi afectada pola posición no forno e a presión de vapor de silicio no forno non pode alcanzar a uniformidade teórica, o que resulta nun grosor de revestimento desigual.
1.4 Método de deposición química de vapor
A deposición química de vapor (CVD) é un proceso no que se empregan hidrocarburos como fonte de gas e N2/Ar de alta pureza como gas portador para introducir gases mesturados nun reactor químico de vapor, e os hidrocarburos descomponse, sintetízanse, difúndense, adsorbense e resólvense a certa temperatura e presión para formar películas sólidas na superficie de materiais compostos de carbono/carbono. A súa vantaxe é que se pode controlar a densidade e a pureza do revestimento; tamén é axeitado para pezas con formas máis complexas; a estrutura cristalina e a morfoloxía superficial do produto pódense controlar axustando os parámetros de deposición. As desvantaxes son que a taxa de deposición é demasiado baixa, o proceso é complexo, o custo de produción é elevado e pode haber defectos de revestimento, como gretas, defectos de malla e defectos superficiais.
En resumo, o método de incrustación está limitado ás súas características tecnolóxicas, o que o fai axeitado para o desenvolvemento e a produción de materiais de laboratorio e de pequeno tamaño; o método de revestimento non é axeitado para a produción en masa debido á súa baixa consistencia. O método CVR pode satisfacer a produción en masa de produtos de gran tamaño, pero ten requisitos máis elevados en canto a equipos e tecnoloxía. O método CVD é un método ideal para a preparaciónRevestimento SIC, pero o seu custo é maior que o método CVR debido á súa dificultade no control do proceso.
Data de publicación: 22 de febreiro de 2024