การผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์แบบโฟโตวอลตาอิคส์ได้กลายเป็นอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ที่มีอนาคตไกลที่สุดในโลก เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์โพลีซิลิคอนและซิลิคอนอะมอร์ฟัสแล้ว ซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ซึ่งเป็นวัสดุผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพในการแปลงไฟฟ้าจากแสงสูงและมีข้อได้เปรียบทางการค้าที่โดดเด่น และได้กลายเป็นกระแสหลักของการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์แบบโฟโตวอลตาอิคส์ Czochralski (CZ) เป็นหนึ่งในวิธีการหลักในการเตรียมซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ องค์ประกอบของเตาเผาโมโนคริสตัลไลน์ของ Czochralski ประกอบด้วยระบบเตาเผา ระบบสูญญากาศ ระบบแก๊ส ระบบสนามความร้อน และระบบควบคุมไฟฟ้า ระบบสนามความร้อนเป็นหนึ่งในเงื่อนไขที่สำคัญที่สุดสำหรับการเติบโตของซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ และคุณภาพของซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ได้รับผลกระทบโดยตรงจากการกระจายตัวของอุณหภูมิของสนามความร้อน
ส่วนประกอบของสนามความร้อนประกอบด้วยวัสดุคาร์บอนเป็นหลัก (วัสดุกราไฟต์และวัสดุคอมโพสิตคาร์บอน/คาร์บอน) ซึ่งแบ่งออกเป็นส่วนรองรับ ส่วนฟังก์ชัน องค์ประกอบความร้อน ส่วนป้องกัน วัสดุฉนวนความร้อน ฯลฯ ตามหน้าที่การทำงาน ดังแสดงในรูปที่ 1 เมื่อขนาดของซิลิกอนโมโนคริสตัลไลน์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความต้องการขนาดสำหรับส่วนประกอบของสนามความร้อนก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน วัสดุคอมโพสิตคาร์บอน/คาร์บอนกลายเป็นตัวเลือกแรกสำหรับวัสดุสนามความร้อนสำหรับซิลิกอนโมโนคริสตัลไลน์เนื่องจากความเสถียรของมิติและคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม
ในกระบวนการของซิลิกอนโมโนคริสตัลแบบโคคราลเซียน การหลอมละลายของวัสดุซิลิกอนจะทำให้เกิดไอซิลิกอนและซิลิกอนที่หลอมละลายกระเซ็น ส่งผลให้วัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอนเกิดการกัดกร่อนแบบซิลิกา และคุณสมบัติเชิงกลและอายุการใช้งานของวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอนได้รับผลกระทบอย่างรุนแรง ดังนั้น วิธีลดการกัดกร่อนแบบซิลิกาของวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอนและปรับปรุงอายุการใช้งานจึงกลายเป็นข้อกังวลทั่วไปอย่างหนึ่งของผู้ผลิตซิลิกอนโมโนคริสตัลและผู้ผลิตวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอนการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ได้กลายเป็นตัวเลือกแรกสำหรับการปกป้องการเคลือบพื้นผิวของวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอน เนื่องจากมีความทนทานต่อแรงกระแทกจากความร้อนและทนต่อการสึกหรอได้ดีเยี่ยม
ในบทความนี้ เราจะแนะนำวิธีการเตรียมหลัก ข้อดีและข้อเสียของการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์โดยเริ่มจากวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอนที่ใช้ในการผลิตซิลิกอนโมโนคริสตัลไลน์ จากนั้น เราจะทบทวนการใช้งานและความคืบหน้าในการวิจัยของการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์ในวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอนตามลักษณะเฉพาะของวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอน และเสนอแนะแนวทางการพัฒนาสำหรับการปกป้องการเคลือบพื้นผิวของวัสดุสนามความร้อนคาร์บอน/คาร์บอน
1 เทคโนโลยีการเตรียมการของการเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์
1.1 วิธีการฝัง
วิธีการฝังมักใช้ในการเตรียมการเคลือบด้านในของซิลิกอนคาร์ไบด์ในระบบวัสดุคอมโพสิต C/C-sic วิธีนี้ใช้ผงผสมเพื่อห่อวัสดุคอมโพสิตคาร์บอน/คาร์บอนก่อน จากนั้นจึงทำการอบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิหนึ่ง ปฏิกิริยาฟิสิกเคมีที่ซับซ้อนเกิดขึ้นระหว่างผงที่ผสมกับพื้นผิวของตัวอย่างเพื่อสร้างการเคลือบ ข้อดีคือกระบวนการนี้ง่าย มีเพียงกระบวนการเดียวเท่านั้นที่สามารถเตรียมวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์ที่มีความหนาแน่นและไม่มีรอยแตกร้าวได้ การเปลี่ยนแปลงขนาดเล็กน้อยจากพรีฟอร์มเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เหมาะสำหรับโครงสร้างเสริมใยใดๆ สามารถสร้างการไล่ระดับองค์ประกอบบางอย่างระหว่างการเคลือบและพื้นผิว ซึ่งรวมเข้ากับพื้นผิวได้ดี อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อเสีย เช่น ปฏิกิริยาเคมีที่อุณหภูมิสูง ซึ่งอาจทำให้เส้นใยเสียหาย และคุณสมบัติเชิงกลของเมทริกซ์คาร์บอน/คาร์บอนลดลง ความสม่ำเสมอของการเคลือบนั้นยากต่อการควบคุม เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น แรงโน้มถ่วง ซึ่งทำให้การเคลือบไม่สม่ำเสมอ
1.2 วิธีการเคลือบด้วยสารละลาย
วิธีการเคลือบแบบสารละลายคือการผสมวัสดุเคลือบและสารยึดเกาะเข้าด้วยกันเป็นส่วนผสม แล้วทาให้ทั่วพื้นผิวของเมทริกซ์ หลังจากอบแห้งในบรรยากาศเฉื่อยแล้ว ตัวอย่างเคลือบจะถูกเผาที่อุณหภูมิสูง และสามารถได้การเคลือบตามต้องการ ข้อดีคือกระบวนการนี้ง่ายและใช้งานง่าย และความหนาของการเคลือบก็ควบคุมได้ง่าย ข้อเสียคือความแข็งแรงในการยึดเกาะระหว่างการเคลือบกับพื้นผิวไม่ดี และความต้านทานการกระแทกจากความร้อนของการเคลือบก็ไม่ดี และความสม่ำเสมอของการเคลือบก็ต่ำ
1.3 วิธีการเกิดปฏิกิริยาไอเคมี
วิธีการปฏิกิริยาไอเคมี (CVR) เป็นวิธีกระบวนการที่ระเหยวัสดุซิลิกอนแข็งเป็นไอซิลิกอนที่อุณหภูมิหนึ่ง จากนั้นไอซิลิกอนจะแพร่กระจายเข้าไปในด้านในและพื้นผิวของเมทริกซ์ และทำปฏิกิริยากับคาร์บอนในเมทริกซ์เพื่อผลิตซิลิกอนคาร์ไบด์ ข้อดี ได้แก่ บรรยากาศที่สม่ำเสมอในเตาเผา อัตราปฏิกิริยาที่สม่ำเสมอ และความหนาของการสะสมของวัสดุเคลือบทุกที่ กระบวนการนี้เรียบง่ายและใช้งานง่าย และสามารถควบคุมความหนาของการเคลือบได้โดยการเปลี่ยนความดันไอซิลิกอน เวลาในการสะสม และพารามิเตอร์อื่นๆ ข้อเสียคือตัวอย่างได้รับผลกระทบอย่างมากจากตำแหน่งในเตาเผา และความดันไอซิลิกอนในเตาเผาไม่สามารถเข้าถึงความสม่ำเสมอตามทฤษฎีได้ ส่งผลให้ความหนาของการเคลือบไม่สม่ำเสมอ
1.4 วิธีการสะสมไอเคมี
การสะสมไอเคมี (CVD) เป็นกระบวนการที่ใช้ไฮโดรคาร์บอนเป็นแหล่งก๊าซและ N2/Ar ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นก๊าซพาหะเพื่อนำก๊าซผสมเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ไอเคมี จากนั้นไฮโดรคาร์บอนจะถูกสลายตัว สังเคราะห์ แพร่กระจาย ดูดซับ และแยกตัวภายใต้อุณหภูมิและความดันที่กำหนดเพื่อสร้างฟิล์มแข็งบนพื้นผิวของวัสดุคอมโพสิตคาร์บอน/คาร์บอน ข้อดีคือสามารถควบคุมความหนาแน่นและความบริสุทธิ์ของการเคลือบได้ นอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับชิ้นงานที่มีรูปร่างที่ซับซ้อนมากขึ้น โครงสร้างผลึกและสัณฐานวิทยาพื้นผิวของผลิตภัณฑ์สามารถควบคุมได้โดยการปรับพารามิเตอร์การสะสม ข้อเสียคืออัตราการสะสมต่ำเกินไป กระบวนการมีความซับซ้อน ต้นทุนการผลิตสูง และอาจมีข้อบกพร่องของการเคลือบ เช่น รอยแตก ข้อบกพร่องตาข่าย และข้อบกพร่องที่พื้นผิว
โดยสรุปวิธีการฝังนั้นจำกัดเฉพาะลักษณะทางเทคโนโลยีซึ่งเหมาะสำหรับการพัฒนาและการผลิตวัสดุในห้องปฏิบัติการและวัสดุขนาดเล็ก วิธีการเคลือบไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากเนื่องจากมีความสม่ำเสมอต่ำ วิธี CVR สามารถตอบสนองการผลิตผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่จำนวนมากได้ แต่มีความต้องการอุปกรณ์และเทคโนโลยีที่สูงกว่า วิธี CVD เป็นวิธีที่เหมาะสำหรับการเตรียมการเคลือบ SICแต่มีค่าใช้จ่ายสูงกว่าวิธี CVR เนื่องจากมีความยากลำบากในการควบคุมกระบวนการ
เวลาโพสต์ : 22 ก.พ. 2567