A napelemes fotovoltaikus energiatermelés a világ legígéretesebb új energiaiparává vált. A poliszilícium és az amorf szilícium napelemekhez képest a monokristályos szilícium, mint fotovoltaikus energiatermelő anyag, magas fotoelektromos konverziós hatásfokkal és kiemelkedő kereskedelmi előnyökkel rendelkezik, és a napelemes fotovoltaikus energiatermelés főáramává vált. A Czochralski (CZ) a monokristályos szilícium előállításának egyik fő módszere. A Czochralski monokristályos kemence összetétele magában foglalja a kemencerendszert, a vákuumrendszert, a gázrendszert, a hőtér-rendszert és az elektromos vezérlőrendszert. A hőtér-rendszer a monokristályos szilícium növekedésének egyik legfontosabb feltétele, és a monokristályos szilícium minőségét közvetlenül befolyásolja a hőtér hőmérsékleti gradiens eloszlása.
A hőtér-alkatrészek főként szén anyagokból (grafit anyagokból és szén/szén kompozit anyagokból) állnak, amelyeket funkcióik szerint tartóelemekre, funkcionális alkatrészekre, fűtőelemekre, védőelemekre, hőszigetelő anyagokra stb. osztanak, ahogy az az 1. ábrán látható. A monokristályos szilícium méretének folyamatos növekedésével a hőtér-alkatrészekkel szembeni méretkövetelmények is növekednek. A szén/szén kompozit anyagok a monokristályos szilícium hőtér-anyagainak elsődleges választásává válnak méretstabilitásuk és kiváló mechanikai tulajdonságaik miatt.
A czokralcián monokristályos szilícium előállítása során a szilíciumanyag olvadása szilíciumgőzt és olvadt szilícium fröccsenést eredményez, ami a szén/szén hőtérítő anyagok szilikátosodási erózióját eredményezi, és ez súlyosan befolyásolja a szén/szén hőtérítő anyagok mechanikai tulajdonságait és élettartamát. Ezért a szén/szén hőtérítő anyagok szilikátosodási eróziójának csökkentése és élettartamuk javítása a monokristályos szilíciumgyártók és a szén/szén hőtérítő anyagok gyártóinak egyik közös aggodalmává vált.Szilícium-karbid bevonatkiváló hősokk-állóságának és kopásállóságának köszönhetően az első számú választássá vált a szén/szén hőtéri anyagok felületbevonat-védelmében.
Ebben a cikkben a monokristályos szilícium előállításában használt szén/szén hőtéri anyagokból kiindulva bemutatjuk a szilícium-karbid bevonat főbb előállítási módszereit, előnyeit és hátrányait. Ennek alapján áttekintjük a szilícium-karbid bevonat szén/szén hőtéri anyagokban történő alkalmazását és kutatási előrehaladását a szén/szén hőtéri anyagok jellemzői alapján, és javaslatokat és fejlesztési irányokat fogalmazunk meg a szén/szén hőtéri anyagok felületbevonat-védelmére.
1. Előkészítési technológiaszilícium-karbid bevonat
1.1 Beágyazási módszer
A beágyazási módszert gyakran alkalmazzák a szilícium-karbid belső bevonatának előállítására C/C-sic kompozit anyagrendszerekben. Ez a módszer először kevert port használ a szén/szén kompozit anyag beburkolására, majd egy bizonyos hőmérsékleten hőkezelést végez. A kevert por és a minta felülete között komplex fizikai-kémiai reakciók sorozata megy végbe a bevonat kialakításához. Előnye, hogy az eljárás egyszerű, egyetlen eljárással sűrű, repedésmentes mátrixú kompozit anyagokat lehet előállítani; Kis méretváltozás az előformától a végtermékig; Bármilyen szálerősítésű szerkezethez alkalmas; Bizonyos összetétel-gradiens alakulhat ki a bevonat és az aljzat között, amely jól illeszkedik az aljzathoz. Vannak azonban hátrányai is, mint például a magas hőmérsékleten fellépő kémiai reakció, amely károsíthatja a szálat, valamint a szén/szén mátrix mechanikai tulajdonságainak romlása. A bevonat egyenletességét nehéz szabályozni olyan tényezők miatt, mint a gravitáció, ami egyenetlenné teszi a bevonatot.
1.2 Iszapbevonatolási módszer
A szuszpenziós bevonási módszer lényege, hogy a bevonóanyagot és a kötőanyagot egy keverékké keverik, egyenletesen felviszik a mátrix felületére, inert atmoszférában szárítják, majd a bevont mintát magas hőmérsékleten szinterelik, és így megkapják a kívánt bevonatot. Az előnyök közé tartozik az egyszerű és könnyen kezelhető folyamat, a bevonat vastagsága pedig könnyen szabályozható; a hátrányok közé tartozik a gyenge kötési szilárdság a bevonat és az aljzat között, a bevonat hősokk-állósága gyenge, és a bevonat egyenletessége alacsony.
1.3 Kémiai gőzreakció módszer
A kémiai gőzreakció (CVR) egy olyan eljárás, amely során a szilárd szilícium anyagot bizonyos hőmérsékleten szilíciumgőzzé párologtatják, majd a szilíciumgőz a mátrix belsejébe és felületére diffundál, és in situ reagál a mátrixban lévő szénnel, így szilícium-karbidot hoz létre. Előnyei közé tartozik az egyenletes légkör a kemencében, az állandó reakciósebesség és a bevont anyag lerakódási vastagsága mindenhol; az eljárás egyszerű és könnyen kezelhető, és a bevonat vastagsága a szilíciumgőznyomás, a lerakódási idő és egyéb paraméterek változtatásával szabályozható. Hátránya, hogy a mintát nagymértékben befolyásolja a kemencében elfoglalt helyzet, és a szilíciumgőznyomás a kemencében nem éri el az elméleti egyenletességet, ami egyenetlen bevonatvastagságot eredményez.
1.4 Kémiai gőzfázisú leválasztási módszer
A kémiai gőzfázisú leválasztás (CVD) egy olyan eljárás, amelynek során szénhidrogéneket használnak gázforrásként, nagy tisztaságú N2/Ar-t pedig vivőgázként a kevert gázok kémiai gőzreaktorba juttatásához, majd a szénhidrogéneket bizonyos hőmérsékleten és nyomáson lebontják, szintetizálják, diffundálják, adszorbeálják és rezolválják, szilárd filmeket képezve a szén/szén kompozit anyagok felületén. Előnye, hogy a bevonat sűrűsége és tisztasága szabályozható; Összetettebb alakú munkadarabokhoz is alkalmas; A termék kristályszerkezete és felületi morfológiája a leválasztási paraméterek beállításával szabályozható. Hátrányai, hogy a leválasztási sebesség túl alacsony, a folyamat bonyolult, a gyártási költség magas, és bevonati hibák, például repedések, hálóhibák és felületi hibák előfordulhatnak.
Összefoglalva, a beágyazási módszer technológiai jellemzőire korlátozódik, amelyek alkalmasak laboratóriumi és kis méretű anyagok fejlesztésére és gyártására; a bevonási módszer nem alkalmas tömeggyártásra a gyenge konzisztenciája miatt. A CVR módszer kielégíti a nagyméretű termékek tömeggyártásának igényeit, de magasabb követelményeket támaszt a berendezésekkel és a technológiával szemben. A CVD módszer ideális módszer a következők előállítására:SIC bevonat, de a költsége magasabb, mint a CVR módszeré, mivel nehézkes a folyamatszabályozása.
Közzététel ideje: 2024. február 22.