A geração de energia solar fotovoltaica tornou-se a nova indústria energética mais promissora do mundo. Comparado às células solares de polissilício e silício amorfo, o silício monocristalino, como material de geração de energia fotovoltaica, apresenta alta eficiência de conversão fotoelétrica e excelentes vantagens comerciais, tornando-se a principal fonte de geração de energia solar fotovoltaica. O método Czochralski (CZ) é um dos principais métodos de preparação de silício monocristalino. A composição do forno monocristalino Czochralski inclui sistema de forno, sistema de vácuo, sistema de gás, sistema de campo térmico e sistema de controle elétrico. O sistema de campo térmico é uma das condições mais importantes para o crescimento do silício monocristalino, e a qualidade do silício monocristalino é diretamente afetada pela distribuição do gradiente de temperatura do campo térmico.
Os componentes do campo térmico são compostos principalmente por materiais de carbono (materiais de grafite e materiais compósitos carbono/carbono), que são divididos em partes de suporte, partes funcionais, elementos de aquecimento, partes de proteção, materiais de isolamento térmico, etc., de acordo com suas funções, conforme mostrado na Figura 1. À medida que o tamanho do silício monocristalino continua a aumentar, os requisitos de tamanho para componentes do campo térmico também aumentam. Os materiais compósitos carbono/carbono tornaram-se a primeira escolha para materiais de campo térmico para silício monocristalino devido à sua estabilidade dimensional e excelentes propriedades mecânicas.
No processo de produção de silício monocristalino czocraliano, a fusão do material de silício produz vapor de silício e respingos de silício fundido, resultando na erosão da silicificação dos materiais de campo térmico carbono/carbono, afetando seriamente as propriedades mecânicas e a vida útil dos materiais de campo térmico carbono/carbono. Portanto, como reduzir a erosão da silicificação dos materiais de campo térmico carbono/carbono e aumentar sua vida útil tornou-se uma das preocupações comuns dos fabricantes de silício monocristalino e de materiais de campo térmico carbono/carbono.Revestimento de carboneto de silíciotornou-se a primeira escolha para proteção de revestimento de superfície de materiais de campo térmico de carbono/carbono devido à sua excelente resistência ao choque térmico e resistência ao desgaste.
Neste artigo, partindo dos materiais de campo térmico de carbono/carbono utilizados na produção de silício monocristalino, são apresentados os principais métodos de preparação, vantagens e desvantagens do revestimento de carboneto de silício. Com base nisso, são revisadas a aplicação e o progresso da pesquisa sobre o revestimento de carboneto de silício em materiais de campo térmico de carbono/carbono, de acordo com as características dos materiais de campo térmico de carbono/carbono, e são apresentadas sugestões e direções de desenvolvimento para a proteção de revestimentos de superfície de materiais de campo térmico de carbono/carbono.
1 Tecnologia de preparação derevestimento de carboneto de silício
1.1 Método de incorporação
O método de incorporação é frequentemente usado para preparar o revestimento interno de carboneto de silício em sistemas de materiais compósitos C/C-sic. Este método usa primeiro pó misto para envolver o material compósito carbono/carbono e, em seguida, realiza tratamento térmico a uma determinada temperatura. Uma série de reações físico-químicas complexas ocorrem entre o pó misto e a superfície da amostra para formar o revestimento. Sua vantagem é que o processo é simples, apenas um único processo pode preparar materiais compósitos de matriz densa e sem rachaduras; Pequena mudança de tamanho da pré-forma para o produto final; Adequado para qualquer estrutura reforçada com fibra; Um certo gradiente de composição pode ser formado entre o revestimento e o substrato, que é bem combinado com o substrato. No entanto, também existem desvantagens, como a reação química em alta temperatura, que pode danificar a fibra, e as propriedades mecânicas da matriz carbono/carbono declínio. A uniformidade do revestimento é difícil de controlar, devido a fatores como a gravidade, o que torna o revestimento irregular.
1.2 Método de revestimento de lama
O método de revestimento em pasta consiste em misturar o material de revestimento e o ligante em uma mistura, aplicar uniformemente a superfície da matriz com um pincel e, após a secagem em atmosfera inerte, sinterizar a amostra revestida em alta temperatura, obtendo-se o revestimento desejado. As vantagens são a simplicidade e a facilidade de operação do processo, além do fácil controle da espessura do revestimento. A desvantagem é a baixa resistência de ligação entre o revestimento e o substrato, a baixa resistência ao choque térmico e a baixa uniformidade do revestimento.
1.3 Método de reação química de vapor
O método de reação química de vapor (CVR) é um método de processo que evapora material de silício sólido em vapor de silício a uma determinada temperatura. Em seguida, o vapor de silício se difunde para o interior e a superfície da matriz e reage in situ com o carbono da matriz para produzir carboneto de silício. Suas vantagens incluem atmosfera uniforme no forno, taxa de reação consistente e espessura de deposição do material revestido em todos os pontos. O processo é simples e fácil de operar, e a espessura do revestimento pode ser controlada alterando a pressão de vapor de silício, o tempo de deposição e outros parâmetros. A desvantagem é que a amostra é fortemente afetada pela posição no forno, e a pressão de vapor de silício no forno não atinge a uniformidade teórica, resultando em espessura de revestimento irregular.
1.4 Método de deposição química de vapor
A deposição química de vapor (CVD) é um processo no qual hidrocarbonetos são utilizados como fonte de gás e N₂/Ar₂ de alta pureza como gás de arraste para introduzir gases mistos em um reator químico de vapor. Os hidrocarbonetos são decompostos, sintetizados, difundidos, adsorvidos e dissolvidos sob determinadas temperaturas e pressões, formando filmes sólidos na superfície de materiais compósitos de carbono/carbono. Sua vantagem é que a densidade e a pureza do revestimento podem ser controladas; também é adequado para peças com formas mais complexas; a estrutura cristalina e a morfologia da superfície do produto podem ser controladas ajustando os parâmetros de deposição. As desvantagens são: a taxa de deposição é muito baixa, o processo é complexo, o custo de produção é alto e pode haver defeitos no revestimento, como rachaduras, defeitos de malha e defeitos de superfície.
Em resumo, o método de incorporação limita-se às suas características tecnológicas, sendo adequado para o desenvolvimento e a produção de materiais laboratoriais e de pequeno porte. O método de revestimento não é adequado para produção em massa devido à sua baixa consistência. O método CVR pode atender à produção em massa de produtos de grande porte, mas apresenta requisitos mais elevados de equipamento e tecnologia. O método CVD é um método ideal para a preparação deRevestimento SIC, mas seu custo é maior que o método CVR devido à dificuldade de controle do processo.
Horário da publicação: 22 de fevereiro de 2024