Solcelledrevet kraftproduksjon har blitt verdens mest lovende nye energiindustri. Sammenlignet med polysilisium og amorfe silisiumsolceller har monokrystallinsk silisium, som et solcelledrevet kraftproduksjonsmateriale, høy fotoelektrisk konverteringseffektivitet og enestående kommersielle fordeler, og har blitt hovedstrømmen innen solcelledrevet kraftproduksjon. Czochralski (CZ) er en av de viktigste metodene for å fremstille monokrystallinsk silisium. Sammensetningen av Czochralski monokrystallinsk ovn inkluderer ovnsystem, vakuumsystem, gasssystem, termisk feltsystem og elektrisk kontrollsystem. Det termiske feltsystemet er en av de viktigste betingelsene for vekst av monokrystallinsk silisium, og kvaliteten på monokrystallinsk silisium påvirkes direkte av temperaturgradientfordelingen i det termiske feltet.
Termofeltkomponentene består hovedsakelig av karbonmaterialer (grafittmaterialer og karbon/karbon-komposittmaterialer), som er delt inn i støttedeler, funksjonelle deler, varmeelementer, beskyttende deler, termisk isolasjonsmateriale, etc., i henhold til deres funksjoner, som vist i figur 1. Etter hvert som størrelsen på monokrystallinsk silisium fortsetter å øke, øker også størrelseskravene til termofeltkomponenter. Karbon/karbon-komposittmaterialer blir førstevalget for termofeltmaterialer for monokrystallinsk silisium på grunn av dimensjonsstabilitet og utmerkede mekaniske egenskaper.
I prosessen med czochralcian monokrystallinsk silisium vil smeltingen av silisiummaterialet produsere silisiumdamp og smeltet silisiumsprut, noe som resulterer i forkislingserosjon av karbon/karbon termiske feltmaterialer, og de mekaniske egenskapene og levetiden til karbon/karbon termiske feltmaterialer påvirkes alvorlig. Derfor har hvordan man kan redusere forkislingserosjonen av karbon/karbon termiske feltmaterialer og forbedre levetiden deres blitt en av de vanlige bekymringene for produsenter av monokrystallinsk silisium og produsenter av karbon/karbon termiske feltmaterialer.Silisiumkarbidbelegghar blitt førstevalget for overflatebeskyttelse av karbon/karbon-termiske feltmaterialer på grunn av sin utmerkede termiske sjokkmotstand og slitestyrke.
I denne artikkelen introduseres de viktigste fremstillingsmetodene, fordelene og ulempene med silisiumkarbidbelegg, med utgangspunkt i karbon/karbon-termiske feltmaterialer som brukes i produksjon av monokrystallinsk silisium. På dette grunnlaget gjennomgås anvendelsen og forskningsfremgangen til silisiumkarbidbelegg i karbon/karbon-termiske feltmaterialer i henhold til egenskapene til karbon/karbon-termiske feltmaterialer, og forslag og utviklingsretninger for overflatebeleggbeskyttelse av karbon/karbon-termiske feltmaterialer legges frem.
1 Tilberedningsteknologi forsilisiumkarbidbelegg
1.1 Innbyggingsmetode
Innstøpingsmetoden brukes ofte til å fremstille det indre belegget av silisiumkarbid i C/C-sic komposittmaterialesystemer. Denne metoden bruker først blandet pulver til å pakke inn karbon/karbon-komposittmaterialet, og utfører deretter varmebehandling ved en viss temperatur. En rekke komplekse fysisk-kjemiske reaksjoner oppstår mellom det blandede pulveret og overflaten av prøven for å danne belegget. Fordelen er at prosessen er enkel, bare én prosess kan fremstille tette, sprekkfrie matrisekomposittmaterialer; Små størrelsesendringer fra preform til sluttprodukt; Passer for enhver fiberforsterket struktur; En viss sammensetningsgradient kan dannes mellom belegget og substratet, som kombineres godt med substratet. Det er imidlertid også ulemper, for eksempel den kjemiske reaksjonen ved høy temperatur, som kan skade fiberen, og de mekaniske egenskapene til karbon/karbon-matrisen reduseres. Beleggets ensartethet er vanskelig å kontrollere på grunn av faktorer som tyngdekraft, noe som gjør belegget ujevnt.
1.2 Slambeleggmetode
Slurrybeleggmetoden er å blande beleggmaterialet og bindemidlet til en blanding, jevnt påføre overflaten av matrisen, etter tørking i en inert atmosfære, sintre den belagte prøven ved høy temperatur, og det nødvendige belegget kan oppnås. Fordelene er at prosessen er enkel og lett å betjene, og beleggtykkelsen er lett å kontrollere. Ulempen er at det er dårlig bindingsstyrke mellom belegget og substratet, og beleggets termiske sjokkmotstand er dårlig, og beleggets ensartethet er lav.
1.3 Kjemisk dampreaksjonsmetode
Kjemisk dampreaksjon (CVR) er en prosessmetode som fordamper fast silisiummateriale til silisiumdamp ved en viss temperatur, og deretter diffunderer silisiumdampen inn i matrisens indre og overflate, og reagerer in situ med karbon i matrisen for å produsere silisiumkarbid. Fordelene inkluderer jevn atmosfære i ovnen, konsistent reaksjonshastighet og avsetningstykkelse av belagt materiale overalt; Prosessen er enkel og lett å betjene, og beleggtykkelsen kan kontrolleres ved å endre silisiumdamptrykket, avsetningstiden og andre parametere. Ulempen er at prøven i stor grad påvirkes av posisjonen i ovnen, og silisiumdamptrykket i ovnen kan ikke nå den teoretiske ensartetheten, noe som resulterer i ujevn beleggtykkelse.
1.4 Kjemisk dampavsetningsmetode
Kjemisk dampavsetning (CVD) er en prosess der hydrokarboner brukes som gasskilde og høyrens N2/Ar som bærergass for å introdusere blandede gasser i en kjemisk dampreaktor, og hydrokarbonene dekomponeres, syntetiseres, diffunderes, adsorberes og separeres under en viss temperatur og trykk for å danne faste filmer på overflaten av karbon/karbon-komposittmaterialer. Fordelen er at tettheten og renheten til belegget kan kontrolleres. Det er også egnet for arbeidsstykker med mer kompleks form. Krystallstrukturen og overflatemorfologien til produktet kan kontrolleres ved å justere avsetningsparametrene. Ulempene er at avsetningshastigheten er for lav, prosessen er kompleks, produksjonskostnadene er høye, og det kan være beleggsdefekter, som sprekker, nettdefekter og overflatedefekter.
Oppsummert er innstøpingsmetoden begrenset av sine teknologiske egenskaper, og er egnet for utvikling og produksjon av laboratorie- og småmaterialer. Belegningsmetoden er ikke egnet for masseproduksjon på grunn av dårlig konsistens. CVR-metoden kan oppfylle masseproduksjonen av store produkter, men den har høyere krav til utstyr og teknologi. CVD-metoden er en ideell metode for fremstilling.SIC-belegg, men kostnaden er høyere enn CVR-metoden på grunn av vanskeligheten med prosesskontroll.
Publisert: 22. feb. 2024