De opwekking van zonne-energie door middel van fotovoltaïsche energie is uitgegroeid tot 's werelds meest veelbelovende nieuwe energiesector. Vergeleken met polysilicium- en amorf siliciumzonnecellen heeft monokristallijn silicium als materiaal voor fotovoltaïsche energieopwekking een hoge foto-elektrische conversie-efficiëntie en uitstekende commerciële voordelen, en is het uitgegroeid tot de belangrijkste grondstof voor de opwekking van zonne-energie door middel van fotovoltaïsche energie. Czochralski (CZ) is een van de belangrijkste methoden voor de bereiding van monokristallijn silicium. De samenstelling van de Czochralski monokristallijne oven omvat een ovensysteem, een vacuümsysteem, een gassysteem, een thermisch veldsysteem en een elektrisch regelsysteem. Het thermische veldsysteem is een van de belangrijkste voorwaarden voor de groei van monokristallijn silicium, en de kwaliteit van monokristallijn silicium wordt direct beïnvloed door de temperatuurgradiëntverdeling van het thermische veld.
De thermische veldcomponenten bestaan voornamelijk uit koolstofmaterialen (grafietmaterialen en koolstof/koolstofcomposietmaterialen). Deze worden, afhankelijk van hun functie, onderverdeeld in ondersteunende onderdelen, functionele onderdelen, verwarmingselementen, beschermende onderdelen, thermische isolatiematerialen, enz., zoals weergegeven in figuur 1. Naarmate de afmetingen van monokristallijn silicium blijven toenemen, nemen ook de eisen aan de afmetingen van thermische veldcomponenten toe. Koolstof/koolstofcomposietmaterialen worden de eerste keuze voor thermische veldmaterialen voor monokristallijn silicium vanwege de maatvastheid en uitstekende mechanische eigenschappen.
Tijdens het tsochralcisch monokristallijn siliciumproces zal het smelten van siliciummateriaal siliciumdamp en gesmolten siliciumspatten veroorzaken, wat resulteert in de verkiezeling van koolstof/koolstof thermische veldmaterialen. Dit heeft een ernstige invloed op de mechanische eigenschappen en levensduur van koolstof/koolstof thermische veldmaterialen. Het verminderen van de verkiezeling van koolstof/koolstof thermische veldmaterialen en het verbeteren van hun levensduur is daarom een veelvoorkomende zorg geworden voor fabrikanten van monokristallijn silicium en koolstof/koolstof thermische veldmaterialen.Siliciumcarbide coatingis de eerste keuze geworden voor oppervlaktebescherming van koolstof/koolstof thermische veldmaterialen vanwege de uitstekende thermische schokbestendigheid en slijtvastheid.
In dit artikel worden, uitgaande van thermische koolstof/koolstofmaterialen die worden gebruikt bij de productie van monokristallijn silicium, de belangrijkste bereidingsmethoden en voor- en nadelen van siliciumcarbidecoating geïntroduceerd. Op basis hiervan worden de toepassing en onderzoeksvoortgang van siliciumcarbidecoating in thermische koolstof/koolstofmaterialen besproken, gebaseerd op de eigenschappen van thermische koolstof/koolstofmaterialen. Daarnaast worden suggesties en ontwikkelingsrichtingen gepresenteerd voor oppervlaktebescherming van thermische koolstof/koolstofmaterialen.
1 Voorbereidingstechnologie vansiliciumcarbide coating
1.1 Inbeddingsmethode
De inbeddingsmethode wordt vaak gebruikt om de binnencoating van siliciumcarbide in een C/C-sic composietmateriaalsysteem voor te bereiden. Deze methode gebruikt eerst gemengd poeder om het koolstof/koolstofcomposietmateriaal te omwikkelen en voert vervolgens een warmtebehandeling uit bij een bepaalde temperatuur. Een reeks complexe fysisch-chemische reacties vindt plaats tussen het gemengde poeder en het oppervlak van het monster om de coating te vormen. Het voordeel hiervan is dat het proces eenvoudig is; slechts één proces kan dichte, scheurvrije matrixcomposietmaterialen produceren; geringe grootteverandering van preform tot eindproduct; geschikt voor elke vezelversterkte structuur; er kan een bepaalde samenstellingsgradiënt ontstaan tussen de coating en het substraat, die goed hecht aan het substraat. Er zijn echter ook nadelen, zoals de chemische reactie bij hoge temperatuur, die de vezel kan beschadigen, en de mechanische eigenschappen van de koolstof/koolstofmatrix afnemen. De uniformiteit van de coating is moeilijk te regelen vanwege factoren zoals zwaartekracht, die de coating ongelijkmatig maakt.
1.2 Slurrycoatingmethode
De slurrycoatingmethode houdt in dat het coatingmateriaal en het bindmiddel tot een mengsel worden gemengd, gelijkmatig over het oppervlak van de matrix worden gestreken en, na droging in een inerte atmosfeer, het gecoate monster bij hoge temperatuur wordt gesinterd, waarna de gewenste coating wordt verkregen. De voordelen zijn dat het proces eenvoudig en gemakkelijk te bedienen is en de coatingdikte gemakkelijk te regelen is. Nadelen zijn de slechte hechting tussen de coating en het substraat, de slechte thermische schokbestendigheid van de coating en de lage uniformiteit van de coating.
1.3 Chemische dampreactiemethode
De chemische dampreactie (CVR) is een procesmethode waarbij vast siliciummateriaal bij een bepaalde temperatuur wordt verdampt tot siliciumdamp. Vervolgens diffundeert de siliciumdamp in de binnen- en buitenkant van de matrix en reageert ter plekke met koolstof in de matrix om siliciumcarbide te produceren. Voordelen hiervan zijn onder andere een uniforme atmosfeer in de oven, een consistente reactiesnelheid en een consistente afzettingsdikte van het gecoate materiaal. Het proces is eenvoudig en gemakkelijk te bedienen en de coatingdikte kan worden geregeld door de siliciumdampdruk, de afzettingstijd en andere parameters te wijzigen. Het nadeel is dat het monster sterk wordt beïnvloed door de positie in de oven en dat de siliciumdampdruk in de oven de theoretische uniformiteit niet kan bereiken, wat resulteert in een ongelijkmatige coatingdikte.
1.4 Chemische dampdepositiemethode
Chemische dampdepositie (CVD) is een proces waarbij koolwaterstoffen als gasbron en zeer zuiver N₂/Ar als dragergas worden gebruikt om gemengde gassen in een chemische dampreactor te introduceren. De koolwaterstoffen worden vervolgens onder bepaalde temperaturen en druk afgebroken, gesynthetiseerd, gediffundeerd, geadsorbeerd en opgelost om vaste films te vormen op het oppervlak van koolstof/koolstofcomposietmaterialen. Het voordeel hiervan is dat de dichtheid en zuiverheid van de coating kunnen worden geregeld; het is ook geschikt voor werkstukken met complexere vormen; de kristalstructuur en oppervlaktemorfologie van het product kunnen worden geregeld door de depositieparameters aan te passen. Nadelen zijn dat de depositiesnelheid te laag is, het proces complex is, de productiekosten hoog zijn en er coatingdefecten kunnen optreden, zoals scheuren, gaasdefecten en oppervlaktedefecten.
Samenvattend is de inbeddingsmethode beperkt tot zijn technologische eigenschappen, waardoor hij geschikt is voor de ontwikkeling en productie van laboratorium- en kleine materialen. De coatingmethode is niet geschikt voor massaproductie vanwege de slechte consistentie. De CVR-methode is geschikt voor massaproductie van grote producten, maar stelt hogere eisen aan apparatuur en technologie. De CVD-methode is een ideale methode voor de bereiding.SIC-coating, maar de kosten hiervan zijn hoger dan die van de CVR-methode vanwege de moeilijkheidsgraad van de procescontrole.
Plaatsingstijd: 22-02-2024