मुख्यधारा के ऊष्मीय क्षेत्र सामग्री: C/C मिश्रित सामग्री

कार्बन-कार्बन मिश्रित पदार्थये कार्बन फाइबर कंपोजिट का एक प्रकार हैं, जिसमें कार्बन फाइबर सुदृढ़ीकरण सामग्री के रूप में और जमा कार्बन मैट्रिक्स सामग्री के रूप में होता है।C/C कंपोजिट कार्बन हैचूंकि यह लगभग पूरी तरह से मौलिक कार्बन से बना है, इसलिए इसमें उत्कृष्ट उच्च तापमान प्रतिरोध क्षमता है और यह कार्बन फाइबर के मजबूत यांत्रिक गुणों को विरासत में प्राप्त करता है। इसका औद्योगिक उपयोग रक्षा क्षेत्र में पहले ही किया जा चुका है।

अनुप्रयोग क्षेत्र:

C/C मिश्रित सामग्रीये औद्योगिक श्रृंखला के मध्य में स्थित हैं, और इसके अपस्ट्रीम में कार्बन फाइबर और प्रीफॉर्म निर्माण शामिल हैं, और डाउनस्ट्रीम अनुप्रयोग क्षेत्र अपेक्षाकृत व्यापक हैं।C/C मिश्रित सामग्रीइनका मुख्य रूप से उपयोग ऊष्मा-प्रतिरोधी सामग्री, घर्षण-प्रतिरोधी सामग्री और उच्च यांत्रिक प्रदर्शन वाली सामग्री के रूप में किया जाता है। इनका उपयोग एयरोस्पेस (रॉकेट नोजल थ्रोट लाइनिंग, थर्मल सुरक्षा सामग्री और इंजन थर्मल संरचनात्मक भाग), ब्रेक सामग्री (हाई-स्पीड रेल, विमान ब्रेक डिस्क), फोटोवोल्टिक थर्मल क्षेत्र (इन्सुलेशन बैरल, क्रूसिबल, गाइड ट्यूब और अन्य घटक), जैविक शरीर (कृत्रिम हड्डियां) और अन्य क्षेत्रों में किया जाता है। वर्तमान में, घरेलू स्तर परC/C मिश्रित सामग्रीकंपनियां मुख्य रूप से मिश्रित सामग्रियों की एकल कड़ी पर ध्यान केंद्रित करती हैं और अपस्ट्रीम प्रीफॉर्म दिशा तक विस्तार करती हैं।

C/C मिश्रित सामग्रियों में उत्कृष्ट समग्र प्रदर्शन गुण होते हैं, जैसे कम घनत्व, उच्च विशिष्ट सामर्थ्य, उच्च विशिष्ट मापांक, उच्च तापीय चालकता, कम तापीय विस्तार गुणांक, अच्छी फ्रैक्चर कठोरता, घिसाव प्रतिरोध, अपघर्षण प्रतिरोध आदि। विशेष रूप से, अन्य सामग्रियों के विपरीत, C/C मिश्रित सामग्रियों की सामर्थ्य तापमान में वृद्धि के साथ घटती नहीं है, बल्कि बढ़ भी सकती है। यह एक उत्कृष्ट ताप-प्रतिरोधी सामग्री है, और इसलिए इसका औद्योगीकरण सर्वप्रथम रॉकेट थ्रोट लाइनर्स में किया गया है।

C/C कंपोजिट सामग्री कार्बन फाइबर के उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों और प्रसंस्करण गुणों को विरासत में प्राप्त करती है, साथ ही इसमें ग्रेफाइट के ताप प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध गुण भी होते हैं, और यह ग्रेफाइट उत्पादों का एक मजबूत प्रतिस्पर्धी बन गया है। विशेष रूप से उच्च शक्ति आवश्यकताओं वाले अनुप्रयोग क्षेत्र - फोटोवोल्टिक थर्मल क्षेत्र में, बड़े पैमाने पर सिलिकॉन वेफर्स के निर्माण के तहत C/C कंपोजिट सामग्रियों की लागत-प्रभावशीलता और सुरक्षा तेजी से महत्वपूर्ण होती जा रही है, और यह एक कठोर मांग बन गई है। दूसरी ओर, आपूर्ति पक्ष में सीमित उत्पादन क्षमता के कारण ग्रेफाइट C/C कंपोजिट सामग्रियों का पूरक बन गया है।

फोटोवोल्टिक थर्मल फील्ड अनुप्रयोग:

थर्मल फील्ड एक ऐसी संपूर्ण प्रणाली है जो मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन के विकास को बनाए रखने या पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन पिंडों के उत्पादन को एक निश्चित तापमान पर संचालित करती है। यह मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन और पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन की शुद्धता, एकरूपता और अन्य गुणों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है और क्रिस्टलीय सिलिकॉन निर्माण उद्योग के अग्रणी चरणों में से एक है। उत्पाद के प्रकार के आधार पर थर्मल फील्ड को मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल पुलिंग फर्नेस की थर्मल फील्ड प्रणाली और पॉलीक्रिस्टलाइन पिंड फर्नेस की थर्मल फील्ड प्रणाली में विभाजित किया जा सकता है। चूंकि मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन कोशिकाओं की रूपांतरण दक्षता पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन कोशिकाओं की तुलना में अधिक होती है, इसलिए मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफर्स की बाजार हिस्सेदारी लगातार बढ़ रही है, जबकि हमारे देश में पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफर्स की बाजार हिस्सेदारी साल दर साल घट रही है, जो 2019 में 32.5% से घटकर 2020 में 9.3% हो गई है। इसलिए, थर्मल फील्ड निर्माता मुख्य रूप से सिंगल क्रिस्टल पुलिंग फर्नेस की थर्मल फील्ड तकनीक का उपयोग करते हैं।

चित्र 2: क्रिस्टलीय सिलिकॉन विनिर्माण उद्योग श्रृंखला में ऊष्मीय क्षेत्र

ऊष्मीय क्षेत्र एक दर्जन से अधिक घटकों से मिलकर बना होता है, जिनमें से चार मुख्य घटक क्रूसिबल, गाइड ट्यूब, इन्सुलेशन सिलेंडर और हीटर हैं। विभिन्न घटकों के लिए सामग्री गुणों की अलग-अलग आवश्यकताएँ होती हैं। नीचे दिया गया चित्र एकल क्रिस्टल सिलिकॉन के ऊष्मीय क्षेत्र का योजनाबद्ध आरेख है। क्रूसिबल, गाइड ट्यूब और इन्सुलेशन सिलेंडर ऊष्मीय क्षेत्र प्रणाली के संरचनात्मक भाग हैं। इनका मुख्य कार्य संपूर्ण उच्च-तापमान ऊष्मीय क्षेत्र को सहारा देना है, और इनके लिए घनत्व, मजबूती और ऊष्मीय चालकता की उच्च आवश्यकताएँ होती हैं। हीटर ऊष्मीय क्षेत्र में एक प्रत्यक्ष तापन तत्व है। इसका कार्य ऊष्मीय ऊर्जा प्रदान करना है। यह सामान्यतः प्रतिरोधक होता है, इसलिए इसके लिए सामग्री प्रतिरोधकता की उच्च आवश्यकताएँ होती हैं।