Proizvodnja solarne fotonaponske energije postala je najperspektivnija nova energetska industrija na svijetu. U usporedbi s polisilicijskim i amorfnim silicijskim solarnim ćelijama, monokristalni silicij, kao materijal za proizvodnju fotonaponske energije, ima visoku učinkovitost fotoelektrične pretvorbe i izvanredne komercijalne prednosti te je postao glavni trend u proizvodnji solarne fotonaponske energije. Czochralski (CZ) je jedna od glavnih metoda za pripremu monokristalnog silicija. Sastav Czochralskijeve monokristalne peći uključuje sustav peći, vakuumski sustav, plinski sustav, sustav toplinskog polja i električni upravljački sustav. Sustav toplinskog polja jedan je od najvažnijih uvjeta za rast monokristalnog silicija, a na kvalitetu monokristalnog silicija izravno utječe raspodjela temperaturnog gradijenta toplinskog polja.
Komponente toplinskog polja uglavnom se sastoje od ugljičnih materijala (grafitni materijali i ugljik/ugljik kompozitni materijali), koji se prema svojim funkcijama dijele na potporne dijelove, funkcionalne dijelove, grijaće elemente, zaštitne dijelove, toplinskoizolacijske materijale itd., kao što je prikazano na slici 1. Kako se veličina monokristalnog silicija nastavlja povećavati, rastu i zahtjevi za veličinom komponenti toplinskog polja. Ugljik/ugljik kompozitni materijali postaju prvi izbor za materijale toplinskog polja za monokristalni silicij zbog svoje dimenzijske stabilnosti i izvrsnih mehaničkih svojstava.
U procesu proizvodnje chocralcijskog monokristalnog silicija, taljenje silicijevog materijala proizvodi silicijevu paru i prskanje rastaljenog silicija, što rezultira erozijom silifikacije ugljik/ugljikovih termičkih materijala, a mehanička svojstva i vijek trajanja ugljik/ugljikovih termičkih materijala su ozbiljno pogođeni. Stoga je pitanje kako smanjiti eroziju silifikacije ugljik/ugljikovih termičkih materijala i poboljšati njihov vijek trajanja postalo jedna od uobičajenih briga proizvođača monokristalnog silicija i proizvođača ugljik/ugljikovih termičkih materijala.Premaz od silicij-karbidapostao je prvi izbor za zaštitu površinskog premaza materijala ugljik/ugljik s termalnim poljem zbog svoje izvrsne otpornosti na toplinske udare i otpornosti na habanje.
U ovom radu, polazeći od ugljik/ugljik materijala za termičko polje koji se koriste u proizvodnji monokristalnog silicija, predstavljene su glavne metode pripreme, prednosti i nedostaci silicij-karbidnog premaza. Na temelju toga, pregledan je napredak primjene i istraživanja silicij-karbidnog premaza u ugljik/ugljik materijalima za termičko polje prema karakteristikama ugljik/ugljik materijala za termičko polje te su dati prijedlozi i smjerovi razvoja za zaštitu površinskog premaza ugljik/ugljik materijala za termičko polje.
1 Tehnologija pripremepremaz silicij-karbida
1.1 Metoda ugradnje
Metoda ugradnje često se koristi za pripremu unutarnjeg premaza silicijevog karbida u C/C-sic kompozitnom materijalu. Ova metoda prvo koristi miješani prah za omatanje kompozitnog materijala ugljik/ugljik, a zatim provodi toplinsku obradu na određenoj temperaturi. Između miješanog praha i površine uzorka odvija se niz složenih fizikalno-kemijskih reakcija kako bi se formirao premaz. Njegova prednost je u tome što je postupak jednostavan, samo jedan postupak može pripremiti guste matrične kompozitne materijale bez pukotina; Mala promjena veličine od predforme do konačnog proizvoda; Pogodno za bilo koju strukturu ojačanu vlaknima; Određeni gradijent sastava može se formirati između premaza i podloge, koji se dobro kombinira sa podlogom. Međutim, postoje i nedostaci, poput kemijske reakcije na visokoj temperaturi, koja može oštetiti vlakna, i smanjenja mehaničkih svojstava ugljik/ugljične matrice. Ujednačenost premaza teško je kontrolirati zbog čimbenika poput gravitacije, što premaz čini neravnomjernim.
1.2 Metoda premazivanja suspenzijom
Metoda nanošenja suspenzijom je miješanje materijala za premaz i veziva u smjesu, ravnomjerno nanošenje četkom na površinu matrice. Nakon sušenja u inertnoj atmosferi, obloženi uzorak se sinterira na visokoj temperaturi i može se dobiti željeni premaz. Prednosti su jednostavan i lak postupak, a debljina premaza se lako kontrolira. Nedostatak je slaba čvrstoća veze između premaza i podloge, slaba otpornost premaza na toplinski udar i niska ujednačenost premaza.
1.3 Metoda kemijske reakcije s parom
Metoda kemijske reakcije s parom (CVR) je procesna metoda koja isparava čvrsti silicijev materijal u silicijevu paru na određenoj temperaturi, a zatim silicijeva para difundira u unutarnji i površinski sloj matrice te reagira in situ s ugljikom u matrici kako bi se stvorio silicijev karbid. Njegove prednosti uključuju ujednačenu atmosferu u peći, konzistentnu brzinu reakcije i debljinu nanošenja premaza posvuda; postupak je jednostavan i lako se izvodi, a debljina premaza može se kontrolirati promjenom tlaka silicijeve pare, vremena nanošenja i drugih parametara. Nedostatak je što na uzorak uvelike utječe položaj u peći, a tlak silicijeve pare u peći ne može postići teorijsku ujednačenost, što rezultira neravnomjernom debljinom premaza.
1.4 Metoda kemijskog taloženja iz pare
Kemijsko taloženje iz parne faze (CVD) je proces u kojem se ugljikovodici koriste kao izvor plina, a N2/Ar visoke čistoće kao plin nosač za uvođenje mješavine plinova u kemijski reaktor s parom, a ugljikovodici se razgrađuju, sintetiziraju, difundiraju, adsorbiraju i otapaju pod određenom temperaturom i tlakom kako bi se formirali čvrsti filmovi na površini kompozitnih materijala ugljik/ugljik. Njegova je prednost što se gustoća i čistoća premaza mogu kontrolirati; Također je prikladan za obradke složenijeg oblika; Kristalna struktura i površinska morfologija proizvoda mogu se kontrolirati podešavanjem parametara taloženja. Nedostaci su što je brzina taloženja preniska, proces je složen, troškovi proizvodnje su visoki i mogu postojati nedostaci premaza, poput pukotina, nedostataka mreže i površinskih nedostataka.
Ukratko, metoda ugradnje ograničena je svojim tehnološkim karakteristikama, što je prikladno za razvoj i proizvodnju laboratorijskih i malih materijala; metoda premazivanja nije prikladna za masovnu proizvodnju zbog loše konzistencije. CVR metoda može zadovoljiti masovnu proizvodnju proizvoda velikih dimenzija, ali ima veće zahtjeve za opremu i tehnologiju. CVD metoda je idealna metoda za pripremuSIC premaz, ali je njezin trošak veći od CVR metode zbog poteškoća u kontroli procesa.
Vrijeme objave: 22. veljače 2024.