Солнечная фотоэлектрическая генерация энергии стала самой многообещающей новой энергетической отраслью в мире. По сравнению с солнечными элементами из поликремния и аморфного кремния, монокристаллический кремний, как материал для фотоэлектрической генерации энергии, имеет высокую эффективность фотоэлектрического преобразования и выдающиеся коммерческие преимущества и стал основным направлением солнечной фотоэлектрической генерации энергии. Метод Чохральского (CZ) является одним из основных методов получения монокристаллического кремния. В состав монокристаллической печи Чохральского входят система печи, вакуумная система, газовая система, система теплового поля и электрическая система управления. Система теплового поля является одним из важнейших условий для роста монокристаллического кремния, а качество монокристаллического кремния напрямую зависит от распределения градиента температуры теплового поля.
Компоненты теплового поля в основном состоят из углеродных материалов (графитовых материалов и углерод/углеродных композитных материалов), которые делятся на опорные части, функциональные части, нагревательные элементы, защитные части, теплоизоляционные материалы и т. д. в соответствии с их функциями, как показано на рисунке 1. Поскольку размер монокристаллического кремния продолжает увеличиваться, требования к размеру компонентов теплового поля также увеличиваются. Углерод/углеродные композитные материалы становятся первым выбором для материалов теплового поля для монокристаллического кремния благодаря его размерной стабильности и превосходным механическим свойствам.
В процессе цохральцианового монокристаллического кремния плавление кремниевого материала приведет к образованию паров кремния и брызг расплавленного кремния, что приведет к эрозии силицификации углерод/углеродных материалов теплового поля, а также к серьезному влиянию механических свойств и срока службы углерод/углеродных материалов теплового поля. Поэтому вопрос о том, как уменьшить эрозию силицификации углерод/углеродных материалов теплового поля и улучшить срок их службы, стал одной из общих проблем производителей монокристаллического кремния и производителей углерод/углеродных материалов теплового поля.Покрытие из карбида кремниястал первым выбором для защиты поверхности тепловых полевых материалов из углерода/углерода благодаря своей превосходной стойкости к тепловым ударам и износостойкости.
В данной статье, начиная с материалов углерод/углеродного теплового поля, используемых в производстве монокристаллического кремния, представлены основные методы подготовки, преимущества и недостатки покрытия из карбида кремния. На этой основе рассматривается применение и ход исследований покрытия из карбида кремния в материалах углерод/углеродного теплового поля в соответствии с характеристиками материалов углерод/углеродного теплового поля, а также выдвигаются предложения и направления разработки для защиты поверхностного покрытия материалов углерод/углеродного теплового поля.
1 Технология приготовленияпокрытие из карбида кремния
1.1 Метод встраивания
Метод встраивания часто используется для подготовки внутреннего покрытия карбида кремния в системе композитных материалов C/C-sic. Этот метод сначала использует смешанный порошок для обертывания углерод/углеродного композитного материала, а затем проводит термическую обработку при определенной температуре. Между смешанным порошком и поверхностью образца происходит ряд сложных физико-химических реакций для формирования покрытия. Его преимущество заключается в том, что процесс прост, только один процесс может приготовить плотные, без трещин матричные композитные материалы; Небольшое изменение размера от заготовки до конечного продукта; Подходит для любой армированной волокнами структуры; Между покрытием и подложкой может быть сформирован определенный градиент состава, который хорошо сочетается с подложкой. Однако есть и недостатки, такие как химическая реакция при высокой температуре, которая может повредить волокно, и снижение механических свойств матрицы углерод/углерод. Однородность покрытия трудно контролировать из-за таких факторов, как гравитация, которая делает покрытие неравномерным.
1.2 Метод нанесения шламового покрытия
Метод нанесения покрытия суспензией заключается в смешивании материала покрытия и связующего в смесь, равномерном нанесении кистью на поверхность матрицы, после сушки в инертной атмосфере покрытый образец спекается при высокой температуре, и может быть получено требуемое покрытие. Преимуществами являются простота и удобство в эксплуатации, а также легкость контроля толщины покрытия; Недостатком является плохая прочность связи между покрытием и подложкой, плохая термостойкость покрытия и низкая однородность покрытия.
1.3 Метод химической реакции паров
Метод химической реакции паров (CVR) — это метод процесса, при котором твердый кремниевый материал испаряется в пары кремния при определенной температуре, а затем пары кремния диффундируют во внутреннюю и поверхностную часть матрицы и реагируют in situ с углеродом в матрице, образуя карбид кремния. Его преимущества включают в себя однородную атмосферу в печи, постоянную скорость реакции и толщину осаждения покрытого материала повсюду; процесс прост и удобен в эксплуатации, а толщину покрытия можно контролировать, изменяя давление паров кремния, время осаждения и другие параметры. Недостатком является то, что образец сильно зависит от положения в печи, а давление паров кремния в печи не может достичь теоретической однородности, что приводит к неравномерной толщине покрытия.
1.4 Метод химического осаждения из паровой фазы
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) — это процесс, в котором углеводороды используются в качестве источника газа, а высокочистый N2/Ar в качестве газа-носителя для введения смешанных газов в химический паровой реактор, и углеводороды разлагаются, синтезируются, диффундируют, адсорбируются и растворяются при определенной температуре и давлении, образуя твердые пленки на поверхности углерод/углеродных композитных материалов. Его преимущество заключается в том, что можно контролировать плотность и чистоту покрытия; Он также подходит для деталей более сложной формы; Кристаллическую структуру и морфологию поверхности продукта можно контролировать, регулируя параметры осаждения. Недостатки заключаются в том, что скорость осаждения слишком низкая, процесс сложный, себестоимость производства высокая, и могут быть дефекты покрытия, такие как трещины, дефекты сетки и дефекты поверхности.
Подводя итог, можно сказать, что метод встраивания ограничен своими технологическими характеристиками, что подходит для разработки и производства лабораторных и малогабаритных материалов; метод нанесения покрытия не подходит для массового производства из-за его плохой консистенции. Метод CVR может удовлетворить массовое производство крупногабаритных изделий, но предъявляет более высокие требования к оборудованию и технологии. Метод CVD является идеальным методом для подготовкиПокрытие SIC, но его стоимость выше, чем у метода CVR из-за сложности управления процессом.
Время публикации: 22 февр. 2024 г.