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 material 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 material karbon (material grafit dan material komposit karbon/karbon), yang dibagi menjadi bagian pendukung, bagian fungsional, elemen pemanas, bagian pelindung, material isolasi termal, dll., sesuai dengan fungsinya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Seiring dengan terus meningkatnya ukuran silikon monokristalin, persyaratan ukuran untuk komponen medan termal juga meningkat. Material komposit karbon/karbon menjadi pilihan utama untuk material medan termal silikon monokristalin karena stabilitas dimensinya dan sifat mekaniknya yang sangat baik.
Dalam proses pembuatan silikon monokristalin czochralcian, peleburan material silikon akan menghasilkan uap silikon dan percikan silikon cair, yang mengakibatkan erosi silisifikasi pada material medan termal karbon/karbon, dan sifat mekanik serta masa pakai material medan termal karbon/karbon sangat terpengaruh. Oleh karena itu, bagaimana mengurangi erosi silisifikasi pada material medan termal karbon/karbon dan meningkatkan masa pakainya telah menjadi salah satu perhatian umum para produsen silikon monokristalin dan produsen material medan termal karbon/karbon.Lapisan silikon karbidatelah menjadi pilihan utama untuk perlindungan lapisan permukaan material medan termal karbon/karbon karena ketahanan terhadap guncangan termal dan ketahanan ausnya yang sangat baik.
Dalam makalah ini, dimulai dari material medan termal karbon/karbon yang digunakan dalam produksi silikon monokristalin, metode persiapan utama, kelebihan dan kekurangan pelapisan silikon karbida diperkenalkan. Berdasarkan hal tersebut, kemajuan aplikasi dan penelitian pelapisan silikon karbida pada material medan termal karbon/karbon ditinjau sesuai dengan karakteristik material medan termal karbon/karbon, dan saran serta arah pengembangan untuk perlindungan pelapisan permukaan material medan termal karbon/karbon diajukan.
1 Teknologi persiapan darilapisan silikon karbida
1.1 Metode penyematan
Metode penyematan sering digunakan untuk menyiapkan lapisan dalam silikon karbida dalam sistem material komposit C/C-SiC. Metode ini pertama-tama menggunakan bubuk campuran untuk melapisi material komposit karbon/karbon, kemudian dilakukan perlakuan panas pada suhu tertentu. Serangkaian reaksi fisikokimia kompleks terjadi antara bubuk campuran dan permukaan sampel untuk membentuk lapisan. Keuntungannya adalah prosesnya sederhana, hanya satu proses dapat menghasilkan material komposit matriks yang padat dan bebas retak; perubahan ukuran yang kecil dari preform ke produk akhir; cocok untuk struktur yang diperkuat serat apa pun; gradien komposisi tertentu dapat terbentuk antara lapisan dan substrat, yang berikatan dengan baik dengan substrat. Namun, ada juga kekurangannya, seperti reaksi kimia pada suhu tinggi, yang dapat merusak serat, dan sifat mekanik matriks karbon/karbon menurun. Keseragaman lapisan sulit dikontrol, karena faktor-faktor seperti gravitasi, yang membuat lapisan tidak merata.
1.2 Metode pelapisan bubur
Metode pelapisan bubur (slurry coating) adalah dengan mencampur bahan pelapis dan pengikat menjadi satu campuran, kemudian dioleskan secara merata pada permukaan matriks. Setelah dikeringkan dalam atmosfer inert, spesimen yang telah dilapisi disinter pada suhu tinggi, dan lapisan yang diinginkan dapat diperoleh. Keuntungannya adalah prosesnya sederhana dan mudah dioperasikan, serta ketebalan lapisan mudah dikontrol; kekurangannya adalah kekuatan ikatan antara lapisan dan substrat buruk, ketahanan terhadap guncangan termal lapisan buruk, dan keseragaman lapisan 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 berdifusi ke dalam dan permukaan matriks, dan bereaksi secara in situ dengan karbon dalam matriks untuk menghasilkan silikon karbida. Kelebihannya meliputi atmosfer yang seragam di dalam tungku, laju reaksi dan ketebalan lapisan yang konsisten di mana-mana; prosesnya sederhana dan mudah dioperasikan, dan ketebalan lapisan dapat dikontrol dengan mengubah tekanan uap silikon, waktu pengendapan, dan parameter lainnya. Kekurangannya adalah sampel sangat dipengaruhi oleh posisi di dalam tungku, dan tekanan uap silikon di dalam tungku tidak dapat mencapai keseragaman teoritis, sehingga menghasilkan ketebalan lapisan yang tidak merata.
1.4 Metode pengendapan uap kimia
Chemical vapor deposition (CVD) adalah proses di mana hidrokarbon digunakan sebagai sumber gas dan N2/Ar dengan kemurnian tinggi sebagai gas pembawa untuk memasukkan campuran gas ke dalam reaktor uap kimia, dan hidrokarbon tersebut diuraikan, disintesis, didifusikan, diadsorpsi, dan dilarutkan pada suhu dan tekanan tertentu untuk membentuk lapisan padat pada permukaan material komposit karbon/karbon. Keuntungannya 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. Kekurangannya adalah laju deposisi terlalu rendah, prosesnya kompleks, biaya produksi tinggi, dan mungkin terdapat cacat lapisan, seperti retak, cacat jala, dan cacat permukaan.
Singkatnya, metode penyematan terbatas pada karakteristik teknologinya, yang cocok untuk pengembangan dan produksi material laboratorium dan berukuran kecil; metode pelapisan tidak cocok untuk produksi massal karena konsistensinya yang buruk. Metode CVR dapat memenuhi produksi massal produk berukuran besar, tetapi memiliki persyaratan yang lebih tinggi untuk peralatan dan teknologi. Metode CVD adalah metode ideal untuk persiapanLapisan SICNamun, biayanya lebih tinggi daripada metode CVR karena kesulitan dalam pengendalian proses.
Waktu posting: 22 Februari 2024