חומרי שדה תרמי מיינסטרים: חומרים מרוכבים C/C

מרוכבים פחמן-פחמןהם סוג של חומרים מרוכבים מסיבי פחמן, כאשר סיבי פחמן משמשים כחומר חיזוק ופחמן מושקע משמש כחומר מטריצה. המטריצה ​​שלחומרים מרוכבים C/C הם פחמןמכיוון שהוא מורכב כמעט כולו מפחמן אלמנטרי, יש לו עמידות מצוינת לטמפרטורות גבוהות והוא יורש את התכונות המכניות החזקות של סיבי פחמן. הוא כבר עבר תהליך תעשייה בתחום הביטחון בעבר.

תחומי יישום:

חומרים מרוכבים C/Cממוקמים באמצע שרשרת התעשייה, והמעלה כולל ייצור סיבי פחמן ופרפורמות, ותחומי היישומים במורד הזרם רחבים יחסית.חומרים מרוכבים C/Cמשמשים בעיקר כחומרים עמידים בחום, חומרי חיכוך וחומרים בעלי ביצועים מכניים גבוהים. הם משמשים בתחום התעופה והחלל (ריפוד גרון של נחירי רקטות, חומרי הגנה תרמית וחלקים מבניים תרמיים של מנוע), חומרי בלמים (מסילת רכבת מהירה, דיסקיות בלם של מטוסים), שדות תרמיים פוטו-וולטאיים (חביות בידוד, כורי היתוך, צינורות הנחיה ורכיבים אחרים), גופים ביולוגיים (עצמות מלאכותיות) ותחומים אחרים. כיום, מקומיחומרים מרוכבים C/Cחברות מתמקדות בעיקר בחומרים מרוכבים בעלי חוליה אחת ומתרחבות לכיוון של יצירת פרפורמות במעלה הזרם.

לחומרים מרוכבים מסוג C/C ביצועים מקיפים מצוינים, עם צפיפות נמוכה, חוזק סגולי גבוה, מודול סגולי גבוה, מוליכות תרמית גבוהה, מקדם התפשטות תרמית נמוך, קשיחות שבר טובה, עמידות בפני שחיקה, עמידות בפני אבלציה וכו'. בפרט, בניגוד לחומרים אחרים, חוזקם של חומרים מרוכבים מסוג C/C לא יפחת אך עשוי לעלות עם עליית הטמפרטורה. זהו חומר עמיד בחום מצוין, ולכן הוא תוכנן לראשונה כבטנות גרון רקטות.

חומר מרוכב C/C יורש את התכונות המכניות ותכונות העיבוד המצוינות של סיבי פחמן, ובעל עמידות חום ועמידות בפני קורוזיה כמו של גרפיט, והוא הפך למתחרה חזק של מוצרי גרפיט. במיוחד בתחום היישומים עם דרישות חוזק גבוהות - תחום תרמי פוטו-וולטאי, יעילות העלות והבטיחות של חומרים מרוכבים C/C הופכות בולטות יותר ויותר תחת פרוסות סיליקון בקנה מידה גדול, והן הפכו לביקוש נוקשה. להיפך, גרפיט הפך לתוספת לחומרים מרוכבים C/C עקב כושר ייצור מוגבל בצד ההיצע.

יישום שדה תרמי פוטו-וולטאי:

השדה התרמי הוא המערכת כולה לשמירה על גידול סיליקון חד-גבישי או ייצור מטילי סיליקון רב-גבישי בטמפרטורה מסוימת. הוא ממלא תפקיד מפתח בטוהר, באחידות ובתכונות אחרות של סיליקון חד-גבישי וסיליקון רב-גבישי, והוא שייך לחזית תעשיית ייצור הסיליקון הגבישי. ניתן לחלק את השדה התרמי למערכת השדה התרמי של תנור משיכה גבישי יחיד מסיליקון חד-גבישי ולמערכת השדה התרמי של תנור מטילי רב-גבישי לפי סוג המוצר. מכיוון שלתאי סיליקון חד-גבישי יש יעילות המרה גבוהה יותר מאשר תאי סיליקון רב-גבישי, נתח השוק של פרוסות סיליקון חד-גבישי ממשיך לעלות, בעוד שנתח השוק של פרוסות סיליקון רב-גבישי במדינה שלי ירד משנה לשנה, מ-32.5% בשנת 2019 ל-9.3% בשנת 2020. לכן, יצרני שדות תרמיים משתמשים בעיקר במסלול טכנולוגיית השדה התרמי של תנורי משיכה גבישי יחיד.

איור 2: שדה תרמי בשרשרת תעשיית ייצור הסיליקון הגבישי

השדה התרמי מורכב מיותר מתריסר רכיבים, וארבעת רכיבי הליבה הם כור ההיתוך, צינור ההנחיה, גליל הבידוד והגוף החימום. לרכיבים שונים יש דרישות שונות לתכונות החומר. האיור שלהלן הוא תרשים סכמטי של השדה התרמי של סיליקון גבישי יחיד. כור ההיתוך, צינור ההנחיה וגליל הבידוד הם החלקים המבניים של מערכת השדה התרמי. תפקידם העיקרי הוא לתמוך בכל השדה התרמי בטמפרטורה גבוהה, ויש להם דרישות גבוהות לצפיפות, חוזק ומוליכות תרמית. גוף החימום הוא גוף חימום ישיר בשדה התרמי. תפקידו לספק אנרגיה תרמית. הוא בדרך כלל התנגדותי, ולכן יש לו דרישות גבוהות יותר להתנגדות החומר.