Արևային ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրությունը դարձել է աշխարհի ամենախոստումնալից նոր էներգետիկ արդյունաբերությունը: Համեմատած պոլիսիլիցիումի և ամորֆ սիլիցիումի արևային մարտկոցների հետ, մոնոբյուրեղային սիլիցիումը, որպես ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության նյութ, ունի բարձր ֆոտոէլեկտրական փոխակերպման արդյունավետություն և ակնառու առևտրային առավելություններ, և դարձել է արևային ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության հիմնական ուղղությունը: Չոխրալսկին (CZ) մոնոբյուրեղային սիլիցիումի պատրաստման հիմնական մեթոդներից մեկն է: Չոխրալսկու մոնոբյուրեղային վառարանի կազմը ներառում է վառարանի համակարգ, վակուումային համակարգ, գազային համակարգ, ջերմային դաշտի համակարգ և էլեկտրական կառավարման համակարգ: Ջերմային դաշտի համակարգը մոնոբյուրեղային սիլիցիումի աճի ամենակարևոր պայմաններից մեկն է, և մոնոբյուրեղային սիլիցիումի որակը անմիջականորեն կախված է ջերմային դաշտի ջերմաստիճանի գրադիենտային բաշխումից:
Ջերմային դաշտի բաղադրիչները հիմնականում կազմված են ածխածնային նյութերից (գրաֆիտային նյութեր և ածխածնային/ածխածնային կոմպոզիտային նյութեր), որոնք բաժանվում են հենարանային մասերի, ֆունկցիոնալ մասերի, տաքացնող տարրերի, պաշտպանիչ մասերի, ջերմամեկուսիչ նյութերի և այլնի՝ ըստ իրենց գործառույթների, ինչպես ցույց է տրված նկար 1-ում: Մոնոբյուրեղային սիլիցիումի չափերի շարունակական աճի հետ մեկտեղ ջերմային դաշտի բաղադրիչների չափերի պահանջները նույնպես աճում են: Ածխածնային/ածխածնային կոմպոզիտային նյութերը դառնում են մոնոբյուրեղային սիլիցիումի ջերմային դաշտի նյութերի առաջին ընտրությունը՝ իր չափային կայունության և գերազանց մեխանիկական հատկությունների շնորհիվ:
Չոխրալյան մոնոբյուրեղային սիլիցիումի արտադրության գործընթացում սիլիցիումային նյութի հալումը առաջացնում է սիլիցիումի գոլորշի և հալված սիլիցիումի ցայտք, ինչը հանգեցնում է ածխածնային/ածխածնային ջերմային դաշտի նյութերի սիլիցիֆիկացման էրոզիայի, և ածխածնային/ածխածնային ջերմային դաշտի նյութերի մեխանիկական հատկությունների ու ծառայության ժամկետի վրա լրջորեն ազդում են: Հետևաբար, ածխածնային/ածխածնային ջերմային դաշտի նյութերի սիլիցիֆիկացման էրոզիայի նվազեցման և դրանց ծառայության ժամկետի բարելավման հարցը դարձել է մոնոբյուրեղային սիլիցիումի և ածխածնային/ածխածնային ջերմային դաշտի նյութերի արտադրողների ընդհանուր մտահոգություններից մեկը:Սիլիկոնային կարբիդային ծածկույթդարձել է ածխածնային/ածխածնային ջերմային դաշտի նյութերի մակերեսային ծածկույթի պաշտպանության առաջին ընտրությունը՝ իր գերազանց ջերմային հարվածային դիմադրության և մաշվածության դիմադրության շնորհիվ։
Այս աշխատանքում, սկսած մոնոբյուրեղային սիլիցիումի արտադրության մեջ օգտագործվող ածխածնային/ածխածնային ջերմային դաշտի նյութերից, ներկայացվում են սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթի հիմնական պատրաստման մեթոդները, առավելություններն ու թերությունները: Դրա հիման վրա, ածխածնային/ածխածնային ջերմային դաշտի նյութերում սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթի կիրառման և հետազոտության առաջընթացը՝ ըստ ածխածնային/ածխածնային ջերմային դաշտի նյութերի բնութագրերի, և առաջարկվում են ածխածնային/ածխածնային ջերմային դաշտի նյութերի մակերևութային ծածկույթների պաշտպանության առաջարկներ և զարգացման ուղղություններ:
1 Պատրաստման տեխնոլոգիասիլիցիումի կարբիդային ծածկույթ
1.1 Ներդրման մեթոդ
Ներկառուցման մեթոդը հաճախ օգտագործվում է սիլիցիումի կարբիդի ներքին ծածկույթը C/C-sic կոմպոզիտային նյութական համակարգում պատրաստելու համար: Այս մեթոդը նախ օգտագործում է խառը փոշի՝ ածխածնային/ածխածնային կոմպոզիտային նյութը փաթաթելու համար, ապա որոշակի ջերմաստիճանում իրականացնում է ջերմային մշակում: Խառը փոշու և նմուշի մակերեսի միջև տեղի են ունենում մի շարք բարդ ֆիզիկաքիմիական ռեակցիաներ՝ ծածկույթը ձևավորելու համար: Դրա առավելությունն այն է, որ գործընթացը պարզ է, միայն մեկ գործընթացով կարելի է պատրաստել խիտ, ճաքերից զերծ մատրիցային կոմպոզիտային նյութեր. Նախաձևից մինչև վերջնական արտադրանք փոքր չափի փոփոխություն. Հարմար է ցանկացած մանրաթելային ամրացված կառուցվածքի համար. Ծածկույթի և հիմքի միջև կարող է ձևավորվել որոշակի կազմի գրադիենտ, որը լավ համակցվում է հիմքի հետ: Այնուամենայնիվ, կան նաև թերություններ, ինչպիսիք են բարձր ջերմաստիճանում քիմիական ռեակցիան, որը կարող է վնասել մանրաթելը, և ածխածնային/ածխածնային մատրիցի մեխանիկական հատկությունների անկումը: Ծածկույթի միատարրությունը դժվար է վերահսկել այնպիսի գործոնների պատճառով, ինչպիսին է ձգողականության ուժը, ինչը ծածկույթը դարձնում է անհավասար:
1.2 Շիճուկային ծածկույթի մեթոդ
Շաղախային ծածկույթի մեթոդը ծածկույթի նյութը և կապակցանյութը խառնելն է խառնուրդի մեջ, հավասարաչափ խոզանակով քսելը մատրիցայի մակերեսին, իներտ մթնոլորտում չորացնելուց հետո ծածկույթով նմուշը թրմվում է բարձր ջերմաստիճանում, և կարելի է ստանալ անհրաժեշտ ծածկույթը։ Առավելություններն այն են, որ գործընթացը պարզ է և հեշտ է իրականացնել, և ծածկույթի հաստությունը հեշտ է կառավարել։ Թերությունն այն է, որ ծածկույթի և հիմքի միջև կա վատ կպչունության ամրություն, ծածկույթի ջերմային ցնցումների դիմադրությունը վատ է, և ծածկույթի միատարրությունը ցածր է։
1.3 Քիմիական գոլորշու ռեակցիայի մեթոդ
Քիմիական գոլորշու ռեակցիայի (ՔԳՌ) մեթոդը գործընթաց է, որի ընթացքում պինդ սիլիցիումային նյութը որոշակի ջերմաստիճանում գոլորշիացվում է սիլիցիումային գոլորշու, այնուհետև սիլիցիումային գոլորշին դիֆուզվում է մատրիցայի ներքին և մակերեսային մասերի մեջ և տեղում ռեակցիայի մեջ է մտնում մատրիցայում գտնվող ածխածնի հետ՝ սիլիցիումի կարբիդ ստանալու համար: Դրա առավելություններից են վառարանում միատարր մթնոլորտը, ռեակցիայի արագությունը և ծածկույթի նյութի նստեցման հաստությունը ամենուրեք։ Գործընթացը պարզ է և հեշտ է գործարկել, իսկ ծածկույթի հաստությունը կարելի է կառավարել՝ փոխելով սիլիցիումի գոլորշու ճնշումը, նստեցման ժամանակը և այլ պարամետրեր։ Թերությունն այն է, որ նմուշի վրա մեծապես ազդում է վառարանում դիրքը, և վառարանում սիլիցիումի գոլորշու ճնշումը չի կարող հասնել տեսական միատարրության, ինչը հանգեցնում է ծածկույթի անհավասար հաստության։
1.4 Քիմիական գոլորշու նստեցման մեթոդ
Քիմիական գոլորշու նստեցումը (ՔԳՆ) գործընթաց է, որի դեպքում ածխաջրածիններն օգտագործվում են որպես գազի աղբյուր և բարձր մաքրության N2/Ar-ը՝ որպես կրող գազ՝ քիմիական գոլորշու ռեակտոր մտցնելու համար, և ածխաջրածինները քայքայվում, սինթեզվում, դիֆուզվում, ադսորբվում և լուծվում են որոշակի ջերմաստիճանի և ճնշման տակ՝ ածխածնային/ածխածնային կոմպոզիտային նյութերի մակերեսին առաջացնելով պինդ թաղանթներ: Դրա առավելությունն այն է, որ ծածկույթի խտությունը և մաքրությունը կարող են վերահսկվել. այն նաև հարմար է ավելի բարդ ձև ունեցող աշխատանքային մասերի համար. արտադրանքի բյուրեղային կառուցվածքը և մակերեսային ձևաբանությունը կարող են վերահսկվել նստեցման պարամետրերը կարգավորելու միջոցով: Թերություններն այն են, որ նստեցման արագությունը չափազանց ցածր է, գործընթացը բարդ է, արտադրության արժեքը բարձր է, և կարող են լինել ծածկույթի թերություններ, ինչպիսիք են ճաքերը, ցանցի թերությունները և մակերեսային թերությունները:
Ամփոփելով՝ ներդրման մեթոդը սահմանափակվում է իր տեխնոլոգիական բնութագրերով, որը հարմար է լաբորատոր և փոքր չափի նյութերի մշակման և արտադրության համար։ Ծածկույթի մեթոդը հարմար չէ զանգվածային արտադրության համար՝ վատ կոնսիստենցիայի պատճառով։ CVR մեթոդը կարող է բավարարել մեծ չափի արտադրանքի զանգվածային արտադրությունը, բայց այն ունի ավելի բարձր պահանջներ սարքավորումների և տեխնոլոգիայի նկատմամբ։ CVD մեթոդը իդեալական մեթոդ է պատրաստման համար։SIC ծածկույթ, սակայն դրա արժեքն ավելի բարձր է, քան CVR մեթոդը՝ գործընթացի կառավարման դժվարության պատճառով։
Հրապարակման ժամանակը. Փետրվարի 22-2024