Saulės fotovoltinės energijos gamyba tapo perspektyviausia nauja energetikos pramone pasaulyje. Palyginti su polikristalinio silicio ir amorfinio silicio saulės elementais, monokristalinis silicis, kaip fotovoltinės energijos gamybos medžiaga, pasižymi dideliu fotoelektrinės konversijos efektyvumu ir išskirtiniais komerciniais pranašumais, todėl tapo pagrindine saulės fotovoltinės energijos gamybos sritimi. Čochralskio (CZ) krosnis yra vienas iš pagrindinių monokristalinio silicio gamybos metodų. Čochralskio monokristalinės krosnies sudėtį sudaro krosnies sistema, vakuuminė sistema, dujų sistema, terminio lauko sistema ir elektrinė valdymo sistema. Terminio lauko sistema yra viena iš svarbiausių monokristalinio silicio augimo sąlygų, o monokristalinio silicio kokybei tiesiogiai įtakos turi terminio lauko temperatūros gradiento pasiskirstymas.
Šiluminio lauko komponentai daugiausia sudaryti iš anglies medžiagų (grafito medžiagų ir anglies/anglies kompozicinių medžiagų), kurios pagal savo funkcijas skirstomos į atramines dalis, funkcines dalis, kaitinimo elementus, apsaugines dalis, šilumos izoliacines medžiagas ir kt., kaip parodyta 1 paveiksle. Didėjant monokristalinio silicio dydžiui, didėja ir šiluminio lauko komponentų dydžio reikalavimai. Dėl matmenų stabilumo ir puikių mechaninių savybių anglies/anglies kompozicinės medžiagos tampa pirmuoju monokristalinio silicio šiluminio lauko medžiagų pasirinkimu.
Čochralcinio monokristalinio silicio gamybos procese lydantis silicio medžiagai susidaro silicio garai ir išlydyto silicio purslai, dėl kurių anglies/anglies šiluminio lauko medžiagos silicifikacijos erozija smarkiai paveikia anglies/anglies šiluminio lauko medžiagų mechanines savybes ir tarnavimo laiką. Todėl vienas iš dažniausių monokristalinio silicio ir anglies/anglies šiluminio lauko medžiagų gamintojų rūpesčių tapo tai, kaip sumažinti anglies/anglies šiluminio lauko medžiagų silicifikacijos eroziją ir pagerinti jų tarnavimo laiką.Silicio karbido dangatapo pirmuoju pasirinkimu anglies/anglies terminio lauko medžiagų paviršiaus dangų apsaugai dėl puikaus atsparumo terminiam smūgiui ir dilimui.
Šiame straipsnyje, pradedant nuo anglies/anglies terminio lauko medžiagų, naudojamų monokristalinio silicio gamyboje, pristatomi pagrindiniai silicio karbido dangos paruošimo metodai, privalumai ir trūkumai. Remiantis tuo, apžvelgiamas silicio karbido dangos taikymas ir tyrimų eiga anglies/anglies terminio lauko medžiagose pagal anglies/anglies terminio lauko medžiagų savybes, pateikiami pasiūlymai ir plėtros kryptys anglies/anglies terminio lauko medžiagų paviršiaus dangos apsaugai.
1 Paruošimo technologijasilicio karbido danga
1.1 Įterpimo metodas
Įterpimo metodas dažnai naudojamas C/C-sic kompozicinių medžiagų sistemoje silicio karbido vidinei dangai paruošti. Šiuo metodu pirmiausia naudojami mišrūs milteliai, kuriais apgaubiama anglies/anglies kompozicinė medžiaga, o tada atliekamas terminis apdorojimas tam tikroje temperatūroje. Tarp mišrių miltelių ir mėginio paviršiaus vyksta eilė sudėtingų fizikinių ir cheminių reakcijų, kurių metu susidaro danga. Jo privalumas yra tas, kad procesas yra paprastas, tik vienu procesu galima paruošti tankias, be įtrūkimų matricos kompozicines medžiagas; Mažas dydžio pokytis nuo ruošinio iki galutinio produkto; Tinka bet kokiai pluoštu armuotai struktūrai; Tarp dangos ir pagrindo gali susidaryti tam tikras sudėties gradientas, kuris gerai dera su pagrindu. Tačiau yra ir trūkumų, tokių kaip cheminė reakcija aukštoje temperatūroje, kuri gali pažeisti pluoštą, ir anglies/anglies matricos mechaninių savybių blogėjimas. Dangos vienodumą sunku kontroliuoti dėl tokių veiksnių kaip gravitacija, todėl danga tampa nelygi.
1.2 Srutų dengimo metodas
Suspensinio dengimo metodas – sumaišius dengimo medžiagą ir rišiklį į mišinį, tolygiai užtepus ant matricos paviršiaus, po džiovinimo inertinėje atmosferoje padengtas bandinys sukepamas aukštoje temperatūroje ir gaunama reikiama danga. Privalumai yra paprastas ir lengvai valdomas procesas, lengva kontroliuoti dangos storį; trūkumas yra silpnas dangos ir pagrindo sukibimo stiprumas, prastas dangos atsparumas terminiam smūgiui ir mažas dangos vienodumas.
1.3 Cheminės garų reakcijos metodas
Cheminės garų reakcijos (CVR) metodas – tai procesas, kurio metu kieta silicio medžiaga tam tikroje temperatūroje išgarinama į silicio garus, o tada silicio garai difunduoja į matricos vidų ir paviršių ir in situ reaguoja su matricoje esančia anglimi, sudarydami silicio karbidą. Jo privalumai: vienoda atmosfera krosnyje, pastovus reakcijos greitis ir padengtos medžiagos nusodinimo storis visur; procesas yra paprastas ir lengvai valdomas, o dangos storį galima kontroliuoti keičiant silicio garų slėgį, nusodinimo laiką ir kitus parametrus. Trūkumas yra tas, kad mėginiui didelę įtaką daro jo padėtis krosnyje, o silicio garų slėgis krosnyje negali pasiekti teorinio vienodumo, todėl dangos storis yra nevienodas.
1.4 Cheminio garų nusodinimo metodas
Cheminis garų nusodinimas (CVD) – tai procesas, kurio metu angliavandeniliai naudojami kaip dujų šaltinis, o didelio grynumo N2/Ar – kaip nešiklio dujos, skirtos mišrioms dujoms įnešti į cheminio garo reaktorių, ir angliavandeniliai tam tikroje temperatūroje ir slėgyje skaidomi, sintetinami, difunduojami, adsorbuojami ir išskaidomi, suformuojant kietas plėveles ant anglies/anglies kompozicinių medžiagų paviršiaus. Jo privalumas yra tas, kad galima kontroliuoti dangos tankį ir grynumą; Jis taip pat tinka sudėtingesnės formos ruošiniams; Produkto kristalinę struktūrą ir paviršiaus morfologiją galima kontroliuoti reguliuojant nusodinimo parametrus. Trūkumai yra tai, kad nusodinimo greitis yra per mažas, procesas yra sudėtingas, gamybos kaina yra didelė, galimi dangos defektai, tokie kaip įtrūkimai, tinklelio defektai ir paviršiaus defektai.
Apibendrinant, įterpimo metodas apsiriboja savo technologinėmis savybėmis, kurios tinka laboratorinių ir mažų medžiagų kūrimui ir gamybai; dengimo metodas netinka masinei gamybai dėl prastos konsistencijos. CVR metodas gali patenkinti didelių gabaritų gaminių masinės gamybos poreikius, tačiau jam keliami didesni reikalavimai įrangai ir technologijai. CVD metodas yra idealus metodas ruošiantSIC danga, tačiau jo kaina yra didesnė nei CVR metodo dėl sudėtingumo kontroliuojant procesą.
Įrašo laikas: 2024 m. vasario 22 d.