მზის ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაცია მსოფლიოში ყველაზე პერსპექტიულ ახალ ენერგეტიკულ ინდუსტრიად იქცა. პოლისილიციუმთან და ამორფულ სილიციუმთან შედარებით, მონოკრისტალური სილიციუმი, როგორც ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაციის მასალა, გამოირჩევა მაღალი ფოტოელექტრული გარდაქმნის ეფექტურობით და გამორჩეული კომერციული უპირატესობებით და მზის ფოტოელექტრული ენერგიის გენერაციის მთავარ მიმართულებად იქცა. ჩოხრალსკის (CZ) მეთოდი მონოკრისტალური სილიციუმის მომზადების ერთ-ერთი მთავარი მეთოდია. ჩოხრალსკის მონოკრისტალური ღუმელის შემადგენლობა მოიცავს ღუმელის სისტემას, ვაკუუმურ სისტემას, გაზის სისტემას, თერმული ველის სისტემას და ელექტრული მართვის სისტემას. თერმული ველის სისტემა მონოკრისტალური სილიციუმის ზრდის ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი პირობაა და მონოკრისტალური სილიციუმის ხარისხზე პირდაპირ გავლენას ახდენს თერმული ველის ტემპერატურის გრადიენტის განაწილება.
თერმული ველის კომპონენტები ძირითადად შედგება ნახშირბადის მასალებისგან (გრაფიტის მასალები და ნახშირბად/ნახშირბადის კომპოზიტური მასალები), რომლებიც, მათი ფუნქციების მიხედვით, იყოფა საყრდენ ნაწილებად, ფუნქციურ ნაწილებად, გამათბობელ ელემენტებად, დამცავ ნაწილებად, თბოიზოლაციის მასალებად და ა.შ., როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 1-ში. მონოკრისტალური სილიციუმის ზომის ზრდასთან ერთად, იზრდება თერმული ველის კომპონენტების ზომის მოთხოვნებიც. ნახშირბად/ნახშირბადის კომპოზიტური მასალები მონოკრისტალური სილიციუმის თერმული ველის მასალების პირველ არჩევანს წარმოადგენს მისი განზომილებიანი სტაბილურობისა და შესანიშნავი მექანიკური თვისებების გამო.
ჩოქრალციანი მონოკრისტალური სილიციუმის დამუშავების პროცესში, სილიციუმის მასალის დნობისას წარმოიქმნება სილიციუმის ორთქლი და გამდნარი სილიციუმის შხეფები, რაც იწვევს ნახშირბადის/ნახშირბადის თერმული ველის მასალების სილიციფიკაციის ეროზიას, რაც სერიოზულად მოქმედებს ნახშირბადის/ნახშირბადის თერმული ველის მასალების მექანიკურ თვისებებსა და მომსახურების ვადაზე. ამიტომ, ნახშირბადის/ნახშირბადის თერმული ველის მასალების სილიციფიკაციის ეროზიის შემცირებისა და მათი მომსახურების ვადის გაუმჯობესების საკითხი მონოკრისტალური სილიციუმის და ნახშირბადის/ნახშირბადის თერმული ველის მასალების მწარმოებლების ერთ-ერთ საერთო საზრუნავად იქცა.სილიკონის კარბიდის საფარინახშირბადის/ნახშირბადის თერმული ველის მასალების ზედაპირული საფარის დაცვის პირველი არჩევანი გახდა მისი შესანიშნავი თერმული დარტყმისა და ცვეთისადმი მდგრადობის გამო.
ამ ნაშრომში, მონოკრისტალური სილიციუმის წარმოებაში გამოყენებული ნახშირბადის/ნახშირბადის თერმული ველის მასალებიდან დაწყებული, წარმოდგენილია სილიციუმის კარბიდის საფარის მომზადების ძირითადი მეთოდები, უპირატესობები და ნაკლოვანებები. ამის საფუძველზე, განხილულია სილიციუმის კარბიდის საფარის გამოყენება და კვლევის პროგრესი ნახშირბადის/ნახშირბადის თერმული ველის მასალებში ნახშირბადის/ნახშირბადის თერმული ველის მასალების მახასიათებლების მიხედვით და წარმოდგენილია წინადადებები და განვითარების მიმართულებები ნახშირბადის/ნახშირბადის თერმული ველის მასალების ზედაპირული საფარის დაცვისთვის.
1 მომზადების ტექნოლოგიასილიციუმის კარბიდის საფარი
1.1 ჩასმის მეთოდი
ჩასმის მეთოდი ხშირად გამოიყენება სილიციუმის კარბიდის შიდა საფარის მოსამზადებლად C/C-sic კომპოზიტურ მასალათა სისტემაში. ეს მეთოდი თავდაპირველად იყენებს შერეულ ფხვნილს ნახშირბადის/ნახშირბადის კომპოზიტური მასალის შესაფუთად, შემდეგ კი ახორციელებს თერმულ დამუშავებას გარკვეულ ტემპერატურაზე. შერეულ ფხვნილსა და ნიმუშის ზედაპირს შორის ხდება რთული ფიზიკურ-ქიმიური რეაქციების სერია საფარის ფორმირებისთვის. მისი უპირატესობა ის არის, რომ პროცესი მარტივია, მხოლოდ ერთი პროცესით შეიძლება მკვრივი, ბზარების გარეშე მატრიცული კომპოზიტური მასალების მომზადება; მცირე ზომის ცვლილება პრეფორმიდან საბოლოო პროდუქტამდე; შესაფერისია ნებისმიერი ბოჭკოვანი გამაგრებული სტრუქტურისთვის; საფარსა და სუბსტრატს შორის შეიძლება ჩამოყალიბდეს გარკვეული შემადგენლობის გრადიენტი, რომელიც კარგად ერწყმის სუბსტრატს. თუმცა, არსებობს ასევე ნაკლოვანებები, როგორიცაა ქიმიური რეაქცია მაღალ ტემპერატურაზე, რამაც შეიძლება დააზიანოს ბოჭკო და ნახშირბადის/ნახშირბადის მატრიცის მექანიკური თვისებების დაქვეითება. საფარის ერთგვაროვნების კონტროლი რთულია ისეთი ფაქტორების გამო, როგორიცაა გრავიტაცია, რაც საფარს არათანაბარს ხდის.
1.2 სუსპენზიის საფარის მეთოდი
სუსპენზიური საფარის მეთოდი გულისხმობს საფარის მასალისა და შემკვრელის ნარევში შერევას, მატრიცის ზედაპირზე თანაბრად წასმას, ინერტულ ატმოსფეროში გაშრობის შემდეგ, დაფარული ნიმუში მაღალ ტემპერატურაზე სინთეზირდება და საჭირო საფარის მიღება შესაძლებელია. უპირატესობა ის არის, რომ პროცესი მარტივი და მარტივი გამოსაყენებელია, ხოლო საფარის სისქის კონტროლი მარტივია; ნაკლი ის არის, რომ საფარსა და სუბსტრატს შორის შემაკავშირებელი სიმტკიცე დაბალია, საფარის თერმული დარტყმისადმი წინააღმდეგობა დაბალია და საფარის ერთგვაროვნება დაბალია.
1.3 ქიმიური ორთქლის რეაქციის მეთოდი
ქიმიური ორთქლის რეაქციის (CVR) მეთოდი არის პროცესის მეთოდი, რომელიც აორთქლებს მყარ სილიციუმის მასალას სილიციუმის ორთქლად გარკვეულ ტემპერატურაზე, შემდეგ სილიციუმის ორთქლი დიფუზირდება მატრიცის შიდა და ზედაპირულ ნაწილში და ადგილზე რეაგირებს მატრიცაში არსებულ ნახშირბადთან სილიციუმის კარბიდის წარმოსაქმნელად. მისი უპირატესობებია ღუმელში ერთგვაროვანი ატმოსფერო, თანმიმდევრული რეაქციის სიჩქარე და დაფარული მასალის დალექვის სისქე ყველგან; პროცესი მარტივი და მარტივი გამოსაყენებელია, ხოლო საფარის სისქის კონტროლი შესაძლებელია სილიციუმის ორთქლის წნევის, დალექვის დროის და სხვა პარამეტრების შეცვლით. ნაკლი ის არის, რომ ნიმუშზე დიდ გავლენას ახდენს ღუმელში მდებარეობა და ღუმელში სილიციუმის ორთქლის წნევა ვერ აღწევს თეორიულ ერთგვაროვნებას, რაც იწვევს საფარის არათანაბარ სისქეს.
1.4 ქიმიური ორთქლის დეპონირების მეთოდი
ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD) არის პროცესი, რომლის დროსაც ნახშირწყალბადები გამოიყენება როგორც აირის წყარო და მაღალი სისუფთავის N2/Ar როგორც გადამტანი აირი ქიმიური ორთქლის რეაქტორში შერეული აირების შესაყვანად, ხოლო ნახშირწყალბადები იშლება, სინთეზირდება, დიფუზირდება, ადსორბირდება და იხსნება გარკვეული ტემპერატურისა და წნევის ქვეშ, ნახშირბადის/ნახშირბადის კომპოზიტური მასალების ზედაპირზე მყარი აპკების წარმოქმნით. მისი უპირატესობა ის არის, რომ საფარის სიმკვრივისა და სისუფთავის კონტროლი შესაძლებელია; ის ასევე შესაფერისია უფრო რთული ფორმის სამუშაო ნაწილისთვის; პროდუქტის კრისტალური სტრუქტურისა და ზედაპირის მორფოლოგიის კონტროლი შესაძლებელია დეპონირების პარამეტრების რეგულირებით. ნაკლოვანებებია: დეპონირების სიჩქარე ძალიან დაბალია, პროცესი რთულია, წარმოების ღირებულება მაღალია და შესაძლოა არსებობდეს საფარის დეფექტები, როგორიცაა ბზარები, ბადის დეფექტები და ზედაპირული დეფექტები.
შეჯამებისთვის, ჩასმის მეთოდი შემოიფარგლება მისი ტექნოლოგიური მახასიათებლებით, რაც შესაფერისია ლაბორატორიული და მცირე ზომის მასალების შემუშავებისა და წარმოებისთვის; საფარის მეთოდი არ არის შესაფერისი მასობრივი წარმოებისთვის მისი ცუდი კონსისტენციის გამო. CVR მეთოდი შეიძლება დააკმაყოფილოს დიდი ზომის პროდუქტების მასობრივი წარმოება, მაგრამ მას უფრო მაღალი მოთხოვნები აქვს აღჭურვილობისა და ტექნოლოგიების მიმართ. CVD მეთოდი იდეალური მეთოდია მოსამზადებლად.SIC საფარი, თუმცა მისი ღირებულება CVR მეთოდთან შედარებით უფრო მაღალია პროცესის კონტროლის სირთულის გამო.
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 22 თებერვალი