Generowanie energii słonecznej z ogniw fotowoltaicznych stało się najbardziej obiecującym nowym przemysłem energetycznym na świecie. W porównaniu z polisilikonowymi i amorficznymi ogniwami słonecznymi krzem monokrystaliczny, jako materiał do generowania energii słonecznej, ma wysoką wydajność konwersji fotoelektrycznej i wyjątkowe zalety komercyjne i stał się głównym nurtem generowania energii słonecznej z ogniw fotowoltaicznych. Czochralski (CZ) jest jedną z głównych metod przygotowywania monokrystalicznego krzemu. Skład monokrystalicznego pieca Czochralskiego obejmuje system pieca, system próżniowy, system gazowy, system pola termicznego i system sterowania elektrycznego. System pola termicznego jest jednym z najważniejszych warunków wzrostu monokrystalicznego krzemu, a jakość monokrystalicznego krzemu jest bezpośrednio zależna od rozkładu gradientu temperatury pola termicznego.
Komponenty pola termicznego składają się głównie z materiałów węglowych (materiałów grafitowych i materiałów kompozytowych węgiel/węgiel), które są podzielone na części nośne, części funkcjonalne, elementy grzewcze, części ochronne, materiały termoizolacyjne itp., zgodnie z ich funkcjami, jak pokazano na rysunku 1. Wraz ze wzrostem wielkości monokrystalicznego krzemu, wymagania dotyczące wielkości komponentów pola termicznego również rosną. Materiały kompozytowe węgiel/węgiel stają się pierwszym wyborem materiałów pola termicznego dla monokrystalicznego krzemu ze względu na stabilność wymiarową i doskonałe właściwości mechaniczne.
W procesie monokrystalicznego krzemu czochralskiego topienie materiału krzemowego spowoduje powstanie pary krzemowej i rozpryskiwanie się stopionego krzemu, co spowoduje erozję krzemionkową materiałów pola termicznego węgiel/węgiel, a właściwości mechaniczne i żywotność materiałów pola termicznego węgiel/węgiel są poważnie zagrożone. Dlatego też jednym z powszechnych zmartwień producentów monokrystalicznego krzemu i producentów materiałów pola termicznego węgiel/węgiel stało się to, w jaki sposób zmniejszyć erozję krzemionkową materiałów pola termicznego węgiel/węgiel i wydłużyć ich żywotność.Powłoka z węglika krzemustała się pierwszym wyborem w zakresie ochrony powierzchni materiałów termicznych typu węgiel/węgiel ze względu na doskonałą odporność na szok termiczny i odporność na zużycie.
W tym artykule, zaczynając od materiałów pola termicznego węgiel/węgiel stosowanych w produkcji monokrystalicznego krzemu, przedstawiono główne metody przygotowania, zalety i wady powłoki węglika krzemu. Na tej podstawie dokonano przeglądu zastosowania i postępu badań powłoki węglika krzemu w materiałach pola termicznego węgiel/węgiel zgodnie z charakterystyką materiałów pola termicznego węgiel/węgiel, a także przedstawiono sugestie i kierunki rozwoju w zakresie ochrony powłoki powierzchniowej materiałów pola termicznego węgiel/węgiel.
1 Technologia przygotowaniapowłoka z węglika krzemu
1.1 Metoda osadzania
Metoda osadzania jest często stosowana do przygotowania wewnętrznej powłoki z węglika krzemu w systemie materiałów kompozytowych C/C-sic. Ta metoda najpierw wykorzystuje mieszany proszek do owinięcia materiału kompozytowego węgiel/węgiel, a następnie przeprowadza obróbkę cieplną w określonej temperaturze. Seria złożonych reakcji fizykochemicznych zachodzi między mieszanym proszkiem a powierzchnią próbki w celu utworzenia powłoki. Jej zaletą jest to, że proces jest prosty, tylko jeden proces może przygotować gęste, bezpęknięte materiały kompozytowe matrycowe; Mała zmiana rozmiaru od formy wstępnej do produktu końcowego; Nadaje się do każdej struktury wzmocnionej włóknem; Można utworzyć pewien gradient składu między powłoką a podłożem, który dobrze łączy się z podłożem. Istnieją jednak również wady, takie jak reakcja chemiczna w wysokiej temperaturze, która może uszkodzić włókno, a właściwości mechaniczne matrycy węgiel/węgiel spadają. Jednorodność powłoki jest trudna do kontrolowania z powodu czynników takich jak grawitacja, która powoduje nierówność powłoki.
1.2 Metoda powlekania zawiesinowego
Metoda powlekania zawiesiną polega na wymieszaniu materiału powłokowego i spoiwa w mieszankę, równomiernym nałożeniu pędzlem na powierzchnię matrycy, po wysuszeniu w atmosferze obojętnej, powlekany okaz jest spiekany w wysokiej temperaturze, a wymagana powłoka może zostać uzyskana. Zalety są takie, że proces jest prosty i łatwy w obsłudze, a grubość powłoki jest łatwa do kontrolowania; Wadą jest słaba wytrzymałość wiązania między powłoką a podłożem, a odporność powłoki na szok termiczny jest słaba, a jednorodność powłoki jest niska.
1.3 Metoda reakcji chemicznej z parą
Metoda reakcji chemicznej z pary (CVR) to metoda procesowa, która odparowuje stały materiał krzemowy do pary krzemowej w określonej temperaturze, a następnie para krzemowa dyfunduje do wnętrza i powierzchni matrycy i reaguje in situ z węglem w matrycy, aby wytworzyć węglik krzemu. Jej zalety obejmują jednolitą atmosferę w piecu, stałą szybkość reakcji i grubość osadzania powlekanego materiału wszędzie; Proces jest prosty i łatwy w obsłudze, a grubość powłoki można kontrolować, zmieniając ciśnienie pary krzemowej, czas osadzania i inne parametry. Wadą jest to, że próbka jest w dużym stopniu zależna od położenia w piecu, a ciśnienie pary krzemowej w piecu nie może osiągnąć teoretycznej jednorodności, co skutkuje nierównomierną grubością powłoki.
1.4 Metoda chemicznego osadzania z fazy gazowej
Osadzanie chemiczne z fazy gazowej (CVD) to proces, w którym węglowodory są używane jako źródło gazu, a wysokiej czystości N2/Ar jako gaz nośny do wprowadzania gazów mieszanych do reaktora chemicznej pary, a węglowodory są rozkładane, syntetyzowane, dyfundowane, adsorbowane i rozdzielane w określonej temperaturze i ciśnieniu, tworząc stałe filmy na powierzchni materiałów kompozytowych węgiel/węgiel. Jego zaletą jest to, że gęstość i czystość powłoki można kontrolować; Nadaje się również do przedmiotu obrabianego o bardziej złożonym kształcie; Strukturę krystaliczną i morfologię powierzchni produktu można kontrolować, dostosowując parametry osadzania. Wadami są zbyt niska szybkość osadzania, złożoność procesu, wysoki koszt produkcji i mogą występować wady powłoki, takie jak pęknięcia, wady siatki i wady powierzchni.
Podsumowując, metoda osadzania jest ograniczona do swoich cech technologicznych, co czyni ją odpowiednią do opracowywania i produkcji materiałów laboratoryjnych i małych rozmiarów; Metoda powlekania nie nadaje się do produkcji masowej ze względu na słabą spójność. Metoda CVR może sprostać masowej produkcji produktów o dużych rozmiarach, ale ma wyższe wymagania dotyczące sprzętu i technologii. Metoda CVD jest idealną metodą przygotowywaniaPowłoka SICale jej koszt jest wyższy niż metody CVR ze względu na trudności w kontrolowaniu procesu.
Czas publikacji: 22-02-2024