Generarea de energie solară fotovoltaică a devenit cea mai promițătoare industrie energetică nouă din lume. Comparativ cu celulele solare din polisilicon și siliciu amorf, siliciul monocristalin, ca material de generare a energiei fotovoltaice, are o eficiență ridicată a conversiei fotoelectrice și avantaje comerciale remarcabile, devenind principalul material de generare a energiei solare fotovoltaice. Metoda Czochralski (CZ) este una dintre principalele metode de preparare a siliciului monocristalin. Compoziția cuptorului monocristalin Czochralski include sistemul cuptorului, sistemul de vid, sistemul de gaz, sistemul câmpului termic și sistemul de control electric. Sistemul câmpului termic este una dintre cele mai importante condiții pentru creșterea siliciului monocristalin, iar calitatea siliciului monocristalin este afectată direct de distribuția gradientului de temperatură al câmpului termic.
Componentele câmpului termic sunt compuse în principal din materiale de carbon (materiale grafite și materiale compozite carbon/carbon), care sunt împărțite în funcție de funcțiile lor, așa cum se arată în Figura 1, în părți de susținere, părți funcționale, elemente de încălzire, părți de protecție, materiale de izolare termică etc. Pe măsură ce dimensiunea siliciului monocristalin continuă să crească, cerințele de dimensiune pentru componentele câmpului termic cresc și ele. Materialele compozite carbon/carbon devin prima alegere pentru materialele de câmp termic pentru siliciul monocristalin datorită stabilității dimensionale și proprietăților mecanice excelente.
În procesul de fabricare a siliciului monocristalin czochralcian, topirea materialului de siliciu va produce vapori de siliciu și stropi de siliciu topit, rezultând eroziunea prin silicifiere a materialelor cu câmp termic carbon/carbon, iar proprietățile mecanice și durata de viață a materialelor cu câmp termic carbon/carbon sunt serios afectate. Prin urmare, modul de reducere a eroziunii prin silicifiere a materialelor cu câmp termic carbon/carbon și de îmbunătățire a duratei lor de viață a devenit una dintre preocupările comune ale producătorilor de siliciu monocristalin și ale producătorilor de materiale cu câmp termic carbon/carbon.Acoperire cu carbură de siliciua devenit prima alegere pentru protecția suprafeței materialelor cu câmp termic carbon/carbon datorită rezistenței sale excelente la șocuri termice și la uzură.
În această lucrare, pornind de la materialele cu câmp termic carbon/carbon utilizate în producția de siliciu monocristalin, sunt prezentate principalele metode de preparare, avantajele și dezavantajele acoperirii cu carbură de siliciu. Pe această bază, sunt analizate aplicațiile și progresele cercetării acoperirii cu carbură de siliciu în materialele cu câmp termic carbon/carbon în funcție de caracteristicile materialelor cu câmp termic carbon/carbon și sunt prezentate sugestii și direcții de dezvoltare pentru protecția suprafeței materialelor cu câmp termic carbon/carbon.
1 Tehnologia de preparare aacoperire cu carbură de siliciu
1.1 Metoda de încorporare
Metoda de încorporare este adesea utilizată pentru a prepara stratul interior de carbură de siliciu în sistemul de materiale compozite C/C-sic. Această metodă folosește mai întâi pulbere mixtă pentru a înfășura materialul compozit carbon/carbon, apoi efectuează un tratament termic la o anumită temperatură. O serie de reacții fizico-chimice complexe au loc între pulberea mixtă și suprafața probei pentru a forma stratul de acoperire. Avantajul său este că procesul este simplu, un singur proces putând prepara materiale compozite cu matrice densă, fără fisuri; Schimbare mică a dimensiunii de la preformă la produsul final; Potrivit pentru orice structură armată cu fibre; Se poate forma un anumit gradient de compoziție între strat și substrat, care este bine combinat cu substratul. Cu toate acestea, există și dezavantaje, cum ar fi reacția chimică la temperatură ridicată, care poate deteriora fibra, și scăderea proprietăților mecanice ale matricei carbon/carbon. Uniformitatea stratului de acoperire este dificil de controlat, din cauza unor factori precum gravitația, care face ca stratul de acoperire să fie neuniform.
1.2 Metoda de acoperire cu suspensie
Metoda de acoperire cu suspensie constă în amestecarea materialului de acoperire cu liantul, aplicarea uniformă a pensulei pe suprafața matricei. După uscare în atmosferă inertă, proba acoperită este sinterizată la temperatură ridicată, obținându-se astfel acoperirea necesară. Avantajele sunt că procesul este simplu și ușor de utilizat, iar grosimea acoperirii este ușor de controlat; dezavantajul este că există o rezistență slabă la lipire între acoperire și substrat, rezistența la șoc termic a acoperirii este slabă, iar uniformitatea acoperirii este scăzută.
1.3 Metoda reacției chimice în vapori
Metoda reacției chimice de vapori (CVR) este o metodă de proces care evaporă materialul solid de siliciu în vapori de siliciu la o anumită temperatură, iar apoi vaporii de siliciu se difuzează în interiorul și suprafața matricei și reacționează in situ cu carbonul din matrice pentru a produce carbură de siliciu. Avantajele sale includ atmosfera uniformă în cuptor, rata de reacție constantă și grosimea de depunere a materialului acoperit peste tot; procesul este simplu și ușor de operat, iar grosimea stratului poate fi controlată prin modificarea presiunii vaporilor de siliciu, a timpului de depunere și a altor parametri. Dezavantajul este că proba este puternic afectată de poziția în cuptor, iar presiunea vaporilor de siliciu din cuptor nu poate atinge uniformitatea teoretică, rezultând o grosime inegală a stratului.
1.4 Metoda de depunere chimică în fază de vapori
Depunerea chimică din vapori (CVD) este un proces în care hidrocarburile sunt utilizate ca sursă de gaz și N2/Ar de înaltă puritate ca gaz purtător pentru a introduce gaze mixte într-un reactor chimic de vapori, iar hidrocarburile sunt descompuse, sintetizate, difuzate, adsorbite și rezolvate la o anumită temperatură și presiune pentru a forma pelicule solide pe suprafața materialelor compozite carbon/carbon. Avantajul său este că densitatea și puritatea acoperirii pot fi controlate; este, de asemenea, potrivită pentru piese de prelucrat cu formă mai complexă; structura cristalină și morfologia suprafeței produsului pot fi controlate prin ajustarea parametrilor de depunere. Dezavantajele sunt că rata de depunere este prea mică, procesul este complex, costul de producție este ridicat și pot exista defecte de acoperire, cum ar fi fisuri, defecte de plasă și defecte de suprafață.
În concluzie, metoda de încorporare este limitată la caracteristicile sale tehnologice, fiind potrivită pentru dezvoltarea și producția de materiale de laborator și de dimensiuni mici; metoda de acoperire nu este potrivită pentru producția de masă din cauza consistenței sale slabe. Metoda CVR poate satisface producția de masă de produse de dimensiuni mari, dar are cerințe mai mari pentru echipamente și tehnologie. Metoda CVD este o metodă ideală pentru prepararea...Acoperire SIC, dar costul său este mai mare decât metoda CVR din cauza dificultății de control al procesului.
Data publicării: 22 februarie 2024