Pembangkit listrik tenaga surya fotovoltaik telah menjadi industri energi baru yang paling menjanjikan di dunia. Dibandingkan dengan sel surya polisilikon dan silikon amorf, silikon monokristalin, sebagai bahan pembangkit listrik fotovoltaik, memiliki efisiensi konversi fotolistrik yang tinggi dan keunggulan komersial yang luar biasa, dan telah menjadi arus utama pembangkit listrik tenaga surya fotovoltaik. Czochralski (CZ) adalah salah satu metode utama untuk menyiapkan silikon monokristalin. Komposisi tungku monokristalin Czochralski meliputi sistem tungku, sistem vakum, sistem gas, sistem medan termal, dan sistem kontrol listrik. Sistem medan termal adalah salah satu kondisi terpenting untuk pertumbuhan silikon monokristalin, dan kualitas silikon monokristalin secara langsung dipengaruhi oleh distribusi gradien suhu medan termal.
Komponen medan termal terutama terdiri dari bahan karbon (bahan grafit dan bahan komposit karbon/karbon), yang dibagi menjadi bagian pendukung, bagian fungsional, elemen pemanas, bagian pelindung, bahan isolasi termal, dll., sesuai dengan fungsinya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Karena ukuran silikon monokristalin terus meningkat, persyaratan ukuran untuk komponen medan termal juga meningkat. Bahan komposit karbon/karbon menjadi pilihan pertama untuk bahan medan termal untuk silikon monokristalin karena stabilitas dimensinya dan sifat mekanisnya yang sangat baik.
Dalam proses silikon monokristalin czochralcian, peleburan material silikon akan menghasilkan uap silikon dan percikan silikon cair, yang mengakibatkan erosi silisifikasi material medan termal karbon/karbon, dan sifat mekanis serta masa pakai material medan termal karbon/karbon sangat terpengaruh. Oleh karena itu, cara mengurangi erosi silisifikasi material medan termal karbon/karbon dan meningkatkan masa pakainya telah menjadi salah satu perhatian umum produsen silikon monokristalin dan produsen material medan termal karbon/karbon.Pelapisan silikon karbidatelah menjadi pilihan pertama untuk perlindungan lapisan permukaan bahan karbon/medan termal karbon karena ketahanannya terhadap guncangan termal dan ketahanan aus yang sangat baik.
Dalam makalah ini, dimulai dari bahan medan termal karbon/karbon yang digunakan dalam produksi silikon monokristalin, metode persiapan utama, kelebihan dan kekurangan pelapisan silikon karbida diperkenalkan. Atas dasar ini, aplikasi dan kemajuan penelitian pelapisan silikon karbida dalam bahan medan termal karbon/karbon ditinjau menurut karakteristik bahan medan termal karbon/karbon, dan saran serta arahan pengembangan untuk perlindungan pelapisan permukaan bahan medan termal karbon/karbon diajukan.
1 Teknologi persiapanpelapis silikon karbida
1.1 Metode Penanaman
Metode penanaman sering digunakan untuk menyiapkan lapisan dalam silikon karbida dalam sistem material komposit C/C-sic. Metode ini pertama-tama menggunakan bubuk campuran untuk membungkus material komposit karbon/karbon, dan kemudian melakukan perlakuan panas pada suhu tertentu. Serangkaian reaksi fisika-kimia yang kompleks terjadi antara bubuk campuran dan permukaan sampel untuk membentuk lapisan. Keuntungannya adalah prosesnya sederhana, hanya satu proses yang dapat menyiapkan material komposit matriks yang padat dan bebas retak; Perubahan ukuran kecil dari preform ke produk akhir; Cocok untuk struktur yang diperkuat serat apa pun; Gradien komposisi tertentu dapat dibentuk antara lapisan dan substrat, yang dikombinasikan dengan baik dengan substrat. Namun, ada juga kerugiannya, seperti reaksi kimia pada suhu tinggi, yang dapat merusak serat, dan sifat mekanis matriks karbon/karbon menurun. Keseragaman lapisan sulit dikontrol, karena faktor-faktor seperti gravitasi, yang membuat lapisan tidak rata.
1.2 Metode pelapisan bubur
Metode pelapisan bubur adalah mencampur bahan pelapis dan pengikat menjadi campuran, mengoleskannya secara merata pada permukaan matriks, setelah dikeringkan dalam atmosfer inert, spesimen yang dilapisi disinter pada suhu tinggi, dan pelapisan yang dibutuhkan dapat diperoleh. Keuntungannya adalah prosesnya sederhana dan mudah dioperasikan, dan ketebalan pelapisan mudah dikontrol; Kerugiannya adalah kekuatan ikatan antara pelapis dan substrat buruk, dan ketahanan guncangan termal pelapis buruk, dan keseragaman pelapis rendah.
1.3 Metode reaksi uap kimia
Metode reaksi uap kimia (CVR) adalah metode proses yang menguapkan material silikon padat menjadi uap silikon pada suhu tertentu, kemudian uap silikon tersebut berdifusi ke bagian dalam dan permukaan matriks, dan bereaksi secara in situ dengan karbon dalam matriks untuk menghasilkan silikon karbida. Keunggulannya meliputi atmosfer yang seragam dalam tungku, laju reaksi yang konsisten, dan ketebalan pengendapan material berlapis di mana-mana; Prosesnya sederhana dan mudah dioperasikan, dan ketebalan lapisan dapat dikontrol dengan mengubah tekanan uap silikon, waktu pengendapan, dan parameter lainnya. Kerugiannya adalah sampel sangat dipengaruhi oleh posisi dalam tungku, dan tekanan uap silikon dalam tungku tidak dapat mencapai keseragaman teoritis, sehingga menghasilkan ketebalan lapisan yang tidak merata.
1.4 Metode deposisi uap kimia
Deposisi uap kimia (CVD) adalah proses di mana hidrokarbon digunakan sebagai sumber gas dan N2/Ar dengan kemurnian tinggi sebagai gas pembawa untuk memasukkan gas campuran ke dalam reaktor uap kimia, dan hidrokarbon tersebut diurai, disintesis, didifusikan, diadsorpsi, dan diurai pada suhu dan tekanan tertentu untuk membentuk lapisan padat pada permukaan material komposit karbon/karbon. Keunggulannya adalah kepadatan dan kemurnian lapisan dapat dikontrol; juga cocok untuk benda kerja dengan bentuk yang lebih kompleks; Struktur kristal dan morfologi permukaan produk dapat dikontrol dengan menyesuaikan parameter deposisi. Kerugiannya adalah laju deposisi terlalu rendah, prosesnya rumit, biaya produksi tinggi, dan mungkin ada cacat pelapisan, seperti retakan, cacat kasa, dan cacat permukaan.
Singkatnya, metode penanaman terbatas pada karakteristik teknologinya, yang cocok untuk pengembangan dan produksi bahan laboratorium dan ukuran kecil; Metode pelapisan tidak cocok untuk produksi massal karena konsistensinya yang buruk. Metode CVR dapat memenuhi produksi massal produk ukuran besar, tetapi memiliki persyaratan yang lebih tinggi untuk peralatan dan teknologi. Metode CVD merupakan metode yang ideal untuk menyiapkanPelapisan SIC, tetapi biayanya lebih tinggi daripada metode CVR karena kesulitannya dalam pengendalian proses.
Waktu posting: 22-Feb-2024