Saules fotoelektriskā enerģijas ražošana ir kļuvusi par pasaulē daudzsološāko jauno enerģijas nozari. Salīdzinot ar polikristāliskā silīcija un amorfā silīcija saules baterijām, monokristāliskajam silīcijam kā fotoelektriskās enerģijas ražošanas materiālam ir augsta fotoelektriskās konversijas efektivitāte un izcilas komerciālas priekšrocības, un tas ir kļuvis par galveno saules fotoelektriskās enerģijas ražošanas virzienu. Čochralski (CZ) ir viena no galvenajām monokristāliskā silīcija iegūšanas metodēm. Čochralski monokristāliskā krāsns sastāvs ietver krāsns sistēmu, vakuuma sistēmu, gāzes sistēmu, termiskā lauka sistēmu un elektrisko vadības sistēmu. Termiskā lauka sistēma ir viens no svarīgākajiem monokristāliskā silīcija augšanas nosacījumiem, un monokristāliskā silīcija kvalitāti tieši ietekmē termiskā lauka temperatūras gradienta sadalījums.
Termiskā lauka komponenti galvenokārt sastāv no oglekļa materiāliem (grafīta materiāliem un oglekļa/oglekļa kompozītmateriāliem), kas atbilstoši to funkcijām ir sadalīti atbalsta daļās, funkcionālajās daļās, sildelementos, aizsargdaļās, siltumizolācijas materiālos utt., kā parādīts 1. attēlā. Tā kā monokristāliskā silīcija izmērs turpina pieaugt, pieaug arī termiskā lauka komponentu izmēru prasības. Oglekļa/oglekļa kompozītmateriāli kļūst par pirmo izvēli termiskā lauka materiāliem monokristāliskajam silīcijam, pateicoties tā izmēru stabilitātei un lieliskajām mehāniskajām īpašībām.
Čochralciāna monokristāliskā silīcija ražošanas procesā silīcija materiāla kušanas laikā rodas silīcija tvaiki un izkausēta silīcija šļakatas, kā rezultātā notiek oglekļa/oglekļa termiskā lauka materiālu silīcija erozija, un tiek nopietni ietekmētas oglekļa/oglekļa termiskā lauka materiālu mehāniskās īpašības un kalpošanas laiks. Tāpēc viena no monokristāliskā silīcija ražotāju un oglekļa/oglekļa termiskā lauka materiālu ražotāju kopīgajām bažām ir kļuvusi par to, kā samazināt oglekļa/oglekļa termiskā lauka materiālu silīcija eroziju un uzlabot to kalpošanas laiku.Silīcija karbīda pārklājumsir kļuvusi par pirmo izvēli oglekļa/oglekļa termiskā lauka materiālu virsmas pārklājuma aizsardzībai, pateicoties tā lieliskajai termiskā trieciena izturībai un nodilumizturībai.
Šajā rakstā, sākot ar oglekļa/oglekļa termolauka materiāliem, ko izmanto monokristāliskā silīcija ražošanā, tiek iepazīstināts ar galvenajām silīcija karbīda pārklājuma sagatavošanas metodēm, priekšrocībām un trūkumiem. Pamatojoties uz to, tiek pārskatīts silīcija karbīda pārklājuma pielietojums un pētījumu progress oglekļa/oglekļa termolauka materiālos atbilstoši oglekļa/oglekļa termolauka materiālu īpašībām, un tiek piedāvāti ieteikumi un attīstības virzieni oglekļa/oglekļa termolauka materiālu virsmas pārklājuma aizsardzībai.
1. Sagatavošanas tehnoloģijasilīcija karbīda pārklājums
1.1 Iegulšanas metode
Iegulšanas metodi bieži izmanto, lai sagatavotu silīcija karbīda iekšējo pārklājumu C/C-sic kompozītmateriālu sistēmā. Šī metode vispirms izmanto jauktu pulveri, lai ietītu oglekļa/oglekļa kompozītmateriālu, un pēc tam veic termisko apstrādi noteiktā temperatūrā. Starp jaukto pulveri un parauga virsmu notiek virkne sarežģītu fizikāli ķīmisko reakciju, veidojot pārklājumu. Tās priekšrocība ir tā, ka process ir vienkāršs, tikai vienā procesā var sagatavot blīvus, bezplaisu matricas kompozītmateriālus; Nelielas izmēru izmaiņas no sagataves līdz gatavajam produktam; Piemērots jebkurai šķiedru pastiprinātai struktūrai; Starp pārklājumu un substrātu var veidoties noteikts sastāva gradients, kas labi savienojas ar substrātu. Tomēr pastāv arī trūkumi, piemēram, ķīmiskā reakcija augstā temperatūrā, kas var sabojāt šķiedru, un oglekļa/oglekļa matricas mehānisko īpašību pasliktināšanās. Pārklājuma vienmērīgumu ir grūti kontrolēt tādu faktoru dēļ kā gravitācija, kas padara pārklājumu nevienmērīgu.
1.2 Vircas pārklāšanas metode
Suspensijas pārklāšanas metode ir pārklājuma materiāla un saistvielas sajaukšana maisījumā, vienmērīga uzklāšana uz matricas virsmas, žāvēšana inertā atmosfērā, pārklātā parauga saķepināšana augstā temperatūrā, iegūstot nepieciešamo pārklājumu. Priekšrocības ir tādas, ka process ir vienkāršs un viegli lietojams, un pārklājuma biezumu ir viegli kontrolēt; trūkums ir tāds, ka starp pārklājumu un substrātu ir slikta saķeres izturība, pārklājuma termiskā trieciena izturība un zema pārklājuma vienmērība.
1.3 Ķīmiskās tvaika reakcijas metode
Ķīmiskās tvaiku reakcijas (CVR) metode ir procesa metode, kurā cietais silīcija materiāls noteiktā temperatūrā iztvaicē silīcija tvaikos, un pēc tam silīcija tvaiki difundē matricas iekšpusē un virsmā un in situ reaģē ar matricā esošo oglekli, veidojot silīcija karbīdu. Tās priekšrocības ietver vienmērīgu atmosfēru krāsnī, nemainīgu reakcijas ātrumu un pārklājuma materiāla nogulsnēšanās biezumu visur; process ir vienkāršs un viegli lietojams, un pārklājuma biezumu var kontrolēt, mainot silīcija tvaika spiedienu, nogulsnēšanās laiku un citus parametrus. Trūkums ir tāds, ka paraugu lielā mērā ietekmē tā pozīcija krāsnī, un silīcija tvaika spiediens krāsnī nevar sasniegt teorētisko vienmērību, kā rezultātā pārklājuma biezums ir nevienmērīgs.
1.4 Ķīmiskās tvaiku uzklāšanas metode
Ķīmiskā tvaiku uzklāšana (CVD) ir process, kurā ogļūdeņraži tiek izmantoti kā gāzes avots un augstas tīrības pakāpes N2/Ar kā nesējgāze, lai ievadītu jauktas gāzes ķīmiskā tvaika reaktorā, un ogļūdeņraži tiek sadalīti, sintezēti, difundēti, adsorbēti un izšķīdināti noteiktā temperatūrā un spiedienā, veidojot cietas plēves uz oglekļa/oglekļa kompozītmateriālu virsmas. Tā priekšrocība ir tā, ka var kontrolēt pārklājuma blīvumu un tīrību; tā ir piemērota arī sarežģītākas formas sagatavēm; produkta kristālisko struktūru un virsmas morfoloģiju var kontrolēt, pielāgojot uzklāšanas parametrus. Trūkumi ir pārāk zems uzklāšanas ātrums, sarežģīts process, augstas ražošanas izmaksas un iespējami pārklājuma defekti, piemēram, plaisas, sietveida defekti un virsmas defekti.
Rezumējot, iegulšanas metode ir ierobežota ar tās tehnoloģiskajām īpašībām, kas ir piemērota laboratorijas un maza izmēra materiālu izstrādei un ražošanai; pārklāšanas metode nav piemērota masveida ražošanai tās sliktās konsistences dēļ. CVR metode var apmierināt liela izmēra produktu masveida ražošanas vajadzības, taču tai ir augstākas prasības attiecībā uz aprīkojumu un tehnoloģijām. CVD metode ir ideāla metode sagatavošanai.SIC pārklājums, taču tās izmaksas ir augstākas nekā CVR metodei, jo ir grūti kontrolēt procesu.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 22. februāris