주류 열전장 재료: C/C 복합 재료

탄소-탄소 복합재탄소 섬유 복합재의 한 종류로, 탄소 섬유를 보강재로 사용하고 탄소를 매트릭스 소재로 증착한 형태입니다.C/C 복합재는 탄소입니다거의 전적으로 탄소 원소로 구성되어 있어 고온 내성이 뛰어나고 탄소 섬유의 강력한 기계적 성질을 그대로 유지합니다. 이미 국방 분야에서 산업화되었습니다.

적용 분야:

C/C 복합재료산업 사슬의 중간에 위치하고 있으며, 상류에는 탄소섬유 및 프리폼 제조가 포함되고, 하류 응용 분야는 비교적 넓습니다.C/C 복합재료주로 내열 재료, 마찰 재료, 고성능 기계 재료로 사용됩니다. 항공우주(로켓 노즐 스로트 라이닝, 방열 재료, 엔진 열 구조 부품), 브레이크 재료(고속철도, 항공기 브레이크 디스크), 태양광 열 분야(단열 배럴, 도가니, 가이드 튜브 및 기타 부품), 생체(인공 뼈) 및 기타 분야에 사용됩니다. 현재 국내에서는C/C 복합재료기업들은 주로 복합재료의 단일 링크에 초점을 맞추고 상류 프리폼 방향으로 확장합니다.

C/C 복합소재는 낮은 밀도, 높은 비강도, 높은 비탄성률, 높은 열전도도, 낮은 열팽창 계수, 우수한 파괴인성, 내마모성, 내삭마성 등을 갖춘 우수한 종합적 성능을 자랑합니다. 특히, 다른 소재와 달리 C/C 복합소재는 온도 상승에 따라 강도가 감소하지 않고 오히려 증가할 수 있습니다. 내열성이 우수하여 로켓 스로트 라이너에 최초로 산업화되었습니다.

C/C 복합재는 탄소 섬유의 우수한 기계적 특성과 가공 특성을 계승하고, 흑연의 내열성과 내식성을 갖추고 있어 흑연 제품의 강력한 경쟁 소재로 자리 잡았습니다. 특히 고강도가 요구되는 태양광 발전 분야와 같은 응용 분야에서는 C/C 복합재의 경제성과 안전성이 대형 실리콘 웨이퍼 생산에 따라 점점 더 부각되면서 수요가 급증하고 있습니다. 반대로, 공급 측면에서는 생산 능력이 제한적이기 때문에 흑연은 C/C 복합재를 보완하는 소재로 자리 잡았습니다.

태양광 열전장 응용 분야:

열장은 단결정 실리콘의 성장이나 다결정 실리콘 잉곳의 생산을 특정 온도에서 유지하기 위한 전체 시스템입니다.단결정 실리콘과 다결정 실리콘의 순도, 균일성 및 기타 품질에 중요한 역할을 하며 결정질 실리콘 제조 산업의 전단에 속합니다.열장은 제품 유형에 따라 단결정 실리콘 단결정 인상로의 열장 시스템과 다결정 잉곳로의 열장 시스템으로 나눌 수 있습니다.단결정 실리콘 셀은 다결정 실리콘 셀보다 변환 효율이 높기 때문에 단결정 실리콘 웨이퍼의 시장 점유율이 계속 증가하는 반면, 우리나라의 다결정 실리콘 웨이퍼 시장 점유율은 2019년 32.5%에서 2020년 9.3%로 해마다 감소하고 있습니다.따라서 열장 제조업체는 주로 단결정 인상로의 열장 기술 경로를 사용합니다.

그림 2: 결정질 실리콘 제조 산업 체인의 열장

열장은 12개 이상의 구성 요소로 구성되며, 핵심 구성 요소는 도가니, 가이드 튜브, 단열 실린더, 그리고 히터입니다. 각 구성 요소는 재료 특성에 대한 요구 사항이 다릅니다. 아래 그림은 단결정 실리콘의 열장을 개략적으로 나타낸 것입니다. 도가니, 가이드 튜브, 단열 실린더는 열장 시스템의 구조적 구성 요소입니다. 이들의 핵심 기능은 전체 고온 열장을 지지하는 것이며, 밀도, 강도, 그리고 열전도도에 대한 높은 요구 조건을 가지고 있습니다. 히터는 열장에서 직접 가열되는 요소로, 열에너지를 제공하는 역할을 합니다. 히터는 일반적으로 저항성을 가지므로 재료 저항률에 대한 요구 조건이 더 높습니다.