Производња енергије помоћу соларне фотонапонске енергије постала је најперспективнија нова енергетска индустрија на свету. У поређењу са полисилицијумским и аморфним силицијумским соларним ћелијама, монокристални силицијум, као материјал за производњу фотонапонске енергије, има високу ефикасност фотоелектричне конверзије и изванредне комерцијалне предности, и постао је главни метод производње соларне фотонапонске енергије. Чохралски (CZ) је једна од главних метода за припрему монокристалног силицијума. Састав Чохралског монокристалног силицијума обухвата систем пећи, вакуумски систем, гасни систем, систем термалног поља и електрични контролни систем. Систем термалног поља је један од најважнијих услова за раст монокристалног силицијума, а квалитет монокристалног силицијума директно зависи од расподеле температурног градијента термалног поља.
Компоненте термалног поља су углавном састављене од угљеничних материјала (графитних материјала и угљенично-угљеничних композитних материјала), који су подељени на носеће делове, функционалне делове, грејне елементе, заштитне делове, материјале за топлотну изолацију итд., према њиховим функцијама, као што је приказано на слици 1. Како се величина монокристалног силицијума наставља повећавати, захтеви за величином компоненти термалног поља такође се повећавају. Угљенично-угљенични композитни материјали постају први избор за материјале термалног поља за монокристални силицијум због своје димензионалне стабилности и одличних механичких својстава.
У процесу цзокралског монокристалног силицијума, топљење силицијумског материјала ће произвести силицијумску пару и прскање растопљеног силицијума, што доводи до силицификационе ерозије угљенично-угљеничних термичких материјала, а механичка својства и век трајања угљенично-угљеничних термичких материјала су озбиљно погођени. Стога је једно од заједничких питања произвођача монокристалног силицијума и угљенично-угљеничних термичких материјала како смањити силицификациону ерозију.Силицијум карбид премазпостао је први избор за заштиту површинског премаза угљенично-угљеничних термичких материјала због своје одличне отпорности на термичке ударе и отпорности на хабање.
У овом раду, полазећи од угљенично/угљеничних термичких материјала који се користе у производњи монокристалног силицијума, представљене су главне методе припреме, предности и мане силицијум-карбидних премаза. На основу тога, прегледана је примена и напредак истраживања силицијум-карбидних премаза у угљенично/угљеничним термичким материјалима у складу са карактеристикама угљенично/угљеничних термичких материјала, и дати су предлози и правци развоја за заштиту површинског премаза угљенично/угљеничних термичких материјала.
1 Технологија припремесилицијум карбид премаз
1.1 Метод уграђивања
Метода уграђивања се често користи за припрему унутрашњег премаза силицијум карбида у C/C-sic систему композитних материјала. Ова метода прво користи мешани прах за облагање композитног материјала угљеник/угљеник, а затим врши термичку обраду на одређеној температури. Низ сложених физичко-хемијских реакција се одвија између мешаног праха и површине узорка да би се формирао премаз. Његова предност је у томе што је процес једноставан, само један поступак може припремити густе, матрични композитни материјали без пукотина; Мала промена величине од претформе до финалног производа; Погодно за било коју структуру ојачану влакнима; Одређени градијент састава може се формирати између премаза и подлоге, који се добро комбинује са подлогом. Међутим, постоје и недостаци, као што су хемијска реакција на високој температури, која може оштетити влакна, и опадање механичких својстава матрице угљеник/угљеник. Једнообразност премаза је тешко контролисати због фактора као што је гравитација, што чини премаз неравномерним.
1.2 Метода премазивања суспензијом
Метода суспензије је мешање материјала за премаз и везива у смешу, равномерно наношење четком на површину матрице. Након сушења у инертној атмосфери, премазани узорак се синтерује на високој температури, чиме се добија жељени премаз. Предности су што је поступак једноставан и лак за руковање, а дебљина премаза се лако контролише. Мана је што постоји лоша чврстоћа везивања између премаза и подлоге, отпорност премаза на термички удар је лоша, а уједначеност премаза је ниска.
1.3 Метода хемијске реакције паром
Метода хемијске реакције паром (CVR) је процесна метода која испарава чврсти силицијумски материјал у силицијумску пару на одређеној температури, а затим силицијумска пара дифундује у унутрашњост и површину матрице и реагује in situ са угљеником у матрици да би се произвео силицијум карбид. Њене предности укључују уједначену атмосферу у пећи, конзистентну брзину реакције и дебљину наношења премаза свуда; процес је једноставан и лак за руковање, а дебљина премаза се може контролисати променом притиска силицијумске паре, времена наношења и других параметара. Мана је што на узорак у великој мери утиче положај у пећи, а притисак силицијумске паре у пећи не може достићи теоријску уједначеност, што резултира неравномерном дебљином премаза.
1.4 Метода хемијског таложења из паре
Хемијско таложење из парне фазе (CVD) је процес у коме се угљоводоници користе као извор гаса и N2/Ar високе чистоће као гас носач за увођење мешаних гасова у реактор са хемијском паром, а угљоводоници се разлажу, синтетишу, дифузују, адсорбују и растварају под одређеном температуром и притиском да би се формирали чврсти филмови на површини композитних материјала угљеник/угљеник. Његова предност је што се густина и чистоћа премаза могу контролисати; Такође је погодан за радне предмете сложенијег облика; Кристална структура и површинска морфологија производа могу се контролисати подешавањем параметара таложења. Недостаци су што је брзина таложења прениска, процес је сложен, трошкови производње су високи и могу постојати дефекти премаза, као што су пукотине, дефекти мреже и површински дефекти.
Укратко, метода уграђивања је ограничена својим технолошким карактеристикама, што је погодно за развој и производњу лабораторијских и материјала малих димензија; метода премазивања није погодна за масовну производњу због лоше конзистенције. CVR метода може да задовољи масовну производњу производа великих димензија, али има веће захтеве за опрему и технологију. CVD метода је идеална метода за припремуSIC премаз, али је његова цена виша од CVR методе због тешкоће у контроли процеса.
Време објаве: 22. фебруар 2024.