Proizvodnja sončne fotovoltaične energije je postala najbolj obetavna nova energetska industrija na svetu. V primerjavi s polisilicijevimi in amorfnimi silicijevimi sončnimi celicami ima monokristalni silicij kot material za proizvodnjo fotovoltaične energije visoko učinkovitost fotoelektrične pretvorbe in izjemne komercialne prednosti ter je postal glavni del proizvodnje sončne fotovoltaične energije. Czochralski (CZ) je ena glavnih metod za pripravo monokristalnega silicija. Sestava monokristalne peči Czochralski vključuje sistem peči, vakuumski sistem, plinski sistem, sistem toplotnega polja in električni krmilni sistem. Sistem toplotnega polja je eden najpomembnejših pogojev za rast monokristalnega silicija, na kakovost monokristalnega silicija pa neposredno vpliva porazdelitev temperaturnega gradienta toplotnega polja.
Komponente toplotnega polja so v glavnem sestavljene iz ogljikovih materialov (grafitni materiali in kompozitni materiali ogljik/ogljik), ki so glede na svoje funkcije razdeljeni na nosilne dele, funkcionalne dele, grelne elemente, zaščitne dele, toplotnoizolacijske materiale itd., kot je prikazano na sliki 1. Z naraščanjem velikosti monokristalnega silicija se povečujejo tudi zahteve glede velikosti komponent toplotnega polja. Kompozitni materiali ogljik/ogljik postajajo prva izbira za materiale toplotnega polja za monokristalni silicij zaradi svoje dimenzijske stabilnosti in odličnih mehanskih lastnosti.
Med procesom proizvodnje monokristalnega silicija s cochralcijevim silicijem taljenje silicijevega materiala povzroči silicijeve pare in brizganje staljenega silicija, kar povzroči silifikacijsko erozijo ogljikovih/ogljikovih termičnih materialov, kar močno vpliva na mehanske lastnosti in življenjsko dobo ogljikovih/ogljikovih termičnih materialov. Zato je zmanjšanje silifikacijske erozije ogljikovih/ogljikovih termičnih materialov in izboljšanje njihove življenjske dobe postalo ena od pogostih skrbi proizvajalcev monokristalnega silicija in ogljikovih/ogljikovih termičnih materialov.Premaz iz silicijevega karbidaje zaradi odlične odpornosti na toplotne udarce in obrabo postal prva izbira za zaščito površinskih premazov ogljik/ogljikovih termičnih materialov.
V tem članku so, začenši z materiali ogljik/ogljik za termično polje, ki se uporabljajo pri proizvodnji monokristalnega silicija, predstavljene glavne metode priprave ter prednosti in slabosti silicijevega karbidnega premaza. Na tej podlagi sta pregledana uporaba in raziskovalni napredek silicijevega karbidnega premaza v materialih ogljik/ogljik za termično polje glede na značilnosti materialov ogljik/ogljik za termično polje ter predstavljeni predlogi in smernice razvoja za zaščito površinskih premazov materialov ogljik/ogljik za termično polje.
1 Tehnologija pripraveprevleka iz silicijevega karbida
1.1 Metoda vdelave
Metoda vgradnje se pogosto uporablja za pripravo notranje prevleke silicijevega karbida v kompozitnem materialu C/C-sic. Pri tej metodi se najprej uporabi mešanica prahu za ovijanje kompozitnega materiala ogljik/ogljik, nato pa se izvede toplotna obdelava pri določeni temperaturi. Med mešanico prahu in površino vzorca poteka vrsta kompleksnih fizikalno-kemijskih reakcij, da se tvori prevleka. Prednost postopka je v preprostem postopku, saj je mogoče z enim samim postopkom pripraviti goste matrične kompozitne materiale brez razpok; majhna sprememba velikosti od predoblike do končnega izdelka; primeren za katero koli strukturo, ojačano z vlakni; med prevleko in podlago se lahko tvori določen gradient sestave, ki se dobro ujema s podlago. Vendar pa obstajajo tudi slabosti, kot sta kemična reakcija pri visoki temperaturi, ki lahko poškoduje vlakna, in zmanjšanje mehanskih lastnosti matrike ogljik/ogljik. Enakomernost prevleke je težko nadzorovati zaradi dejavnikov, kot je gravitacija, zaradi česar je prevleka neenakomerna.
1.2 Metoda nanašanja gnojevke
Metoda nanašanja z goščo je, da se premazni material in vezivo zmešata v zmes, ki se s čopičem enakomerno nanese na površino matrice. Po sušenju v inertni atmosferi se premazani vzorec sintra pri visoki temperaturi in doseže želeni premaz. Prednosti so, da je postopek preprost in enostaven za uporabo, debelina premaza pa je enostavna za nadzor. Slabost je, da je oprijem med premazom in podlago slab, odpornost premaza na toplotne udarce pa je slaba in enakomernost premaza je nizka.
1.3 Metoda kemijske reakcije s paro
Metoda kemijske reakcije s paro (CVR) je postopek, pri katerem se trdni silicijev material pri določeni temperaturi upari v silicijeve pare, nato pa silicijeve pare difundirajo v notranjost in površino matrice ter in situ reagirajo z ogljikom v matrici, da nastane silicijev karbid. Prednosti vključujejo enakomerno atmosfero v peči, enakomerno hitrost reakcije in debelino nanašanja prevlečenega materiala povsod; postopek je preprost in enostaven za uporabo, debelino prevleke pa je mogoče nadzorovati s spreminjanjem tlaka silicijeve pare, časa nanašanja in drugih parametrov. Slabost je, da na vzorec močno vpliva položaj v peči in tlak silicijeve pare v peči ne more doseči teoretične enakomernosti, kar povzroči neenakomerno debelino prevleke.
1.4 Metoda kemičnega nanašanja s paro
Kemično nanašanje s paro (CVD) je postopek, pri katerem se ogljikovodiki uporabljajo kot vir plina in visoko čist N2/Ar kot nosilni plin za vnos mešanih plinov v kemijski reaktor s paro, pri čemer se ogljikovodiki razgradijo, sintetizirajo, difundirajo, adsorbirajo in ločijo pod določeno temperaturo in tlakom, da tvorijo trdne filme na površini kompozitnih materialov ogljik/ogljik. Njegova prednost je, da je mogoče nadzorovati gostoto in čistost prevleke; primeren je tudi za obdelovance bolj kompleksne oblike; kristalno strukturo in površinsko morfologijo izdelka je mogoče nadzorovati s prilagajanjem parametrov nanašanja. Slabosti so, da je hitrost nanašanja prenizka, postopek je zapleten, proizvodni stroški so visoki in lahko pride do napak v prevleki, kot so razpoke, napake v mreži in površinske napake.
Skratka, metoda vgradnje je omejena na svoje tehnološke značilnosti, ki so primerne za razvoj in proizvodnjo laboratorijskih in majhnih materialov; metoda nanašanja premazov ni primerna za masovno proizvodnjo zaradi slabe konsistence. Metoda CVR lahko zadosti masovni proizvodnji velikih izdelkov, vendar ima višje zahteve glede opreme in tehnologije. Metoda CVD je idealna metoda za pripravo...SIC premaz, vendar so njeni stroški višji od metode CVR zaradi težav pri nadzoru procesa.
Čas objave: 22. februar 2024