วัสดุหลักที่ใช้ในงานด้านความร้อน: วัสดุคอมโพสิต C/C

วัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอนเป็นวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ชนิดหนึ่ง โดยใช้คาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุเสริมแรง และคาร์บอนที่ตกตะกอนเป็นวัสดุเมทริกซ์ เมทริกซ์ของวัสดุคอมโพสิต C/C คือคาร์บอนเนื่องจากประกอบด้วยธาตุคาร์บอนเกือบทั้งหมด จึงทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยมและสืบทอดคุณสมบัติทางกลที่แข็งแกร่งของเส้นใยคาร์บอน มีการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมด้านการป้องกันประเทศมาแล้วก่อนหน้านี้

ขอบเขตการใช้งาน:

วัสดุคอมโพสิต C/Cตั้งอยู่ตรงกลางของห่วงโซ่อุตสาหกรรม โดยต้นน้ำประกอบด้วยการผลิตเส้นใยคาร์บอนและพรีฟอร์ม และขอบเขตการใช้งานปลายน้ำค่อนข้างกว้างวัสดุคอมโพสิต C/Cโดยส่วนใหญ่ใช้เป็นวัสดุทนความร้อน วัสดุเสียดทาน และวัสดุที่มีสมรรถนะเชิงกลสูง ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ (เช่น ปลอกหัวฉีดจรวด วัสดุป้องกันความร้อน และชิ้นส่วนโครงสร้างความร้อนของเครื่องยนต์) วัสดุเบรก (เช่น รถไฟความเร็วสูง จานเบรกของเครื่องบิน) แผงโซลาร์เซลล์ (เช่น ถังฉนวน เบ้าหลอม ท่อส่ง และชิ้นส่วนอื่นๆ) ร่างกายชีวภาพ (เช่น กระดูกเทียม) และอื่นๆ ปัจจุบันในประเทศสหรัฐอเมริกามีการใช้โลหะทรานซิชัน (โลหะทรานซิชัน) ในประเทศอย่างแพร่หลายวัสดุคอมโพสิต C/Cบริษัทเหล่านี้ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การเชื่อมต่อวัสดุคอมโพสิตแบบเส้นเดียว และขยายไปสู่ทิศทางการผลิตพรีฟอร์มต้นน้ำ

วัสดุคอมโพสิต C/C มีประสิทธิภาพโดยรวมที่ยอดเยี่ยม มีคุณสมบัติเด่นหลายประการ เช่น ความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงจำเพาะสูง โมดูลัสจำเพาะสูง การนำความร้อนสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ความเหนียวแตกหักดี ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อการกัดกร่อน ฯลฯ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ต่างจากวัสดุอื่นๆ ความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิต C/C จะไม่ลดลง แต่อาจเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เป็นวัสดุที่ทนความร้อนได้ดีเยี่ยม จึงถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเป็นครั้งแรกในส่วนประกอบต่างๆ เช่น แผ่นรองคอจรวด

วัสดุคอมโพสิต C/C สืบทอดคุณสมบัติทางกลและคุณสมบัติการแปรรูปที่ยอดเยี่ยมของเส้นใยคาร์บอน และมีคุณสมบัติทนความร้อนและทนการกัดกร่อนของกราไฟต์ จึงกลายเป็นคู่แข่งที่สำคัญของผลิตภัณฑ์กราไฟต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการใช้งานที่ต้องการความแข็งแรงสูง เช่น ด้านพลังงานแสงอาทิตย์และความร้อน ความคุ้มค่าและความปลอดภัยของวัสดุคอมโพสิต C/C กำลังโดดเด่นมากขึ้นเรื่อยๆ ภายใต้การผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนขนาดใหญ่ และกลายเป็นความต้องการที่เข้มงวด ในทางตรงกันข้าม กราไฟต์ได้กลายเป็นวัสดุเสริมสำหรับวัสดุคอมโพสิต C/C เนื่องจากกำลังการผลิตที่จำกัดในด้านอุปทาน

การประยุกต์ใช้งานภาคสนามของระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์และความร้อน:

ระบบควบคุมอุณหภูมิ (Thermal field) คือระบบทั้งหมดที่ใช้ในการรักษาอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตของซิลิคอนผลึกเดี่ยวหรือการผลิตแท่งซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยม ระบบนี้มีบทบาทสำคัญต่อความบริสุทธิ์ ความสม่ำเสมอ และคุณสมบัติอื่นๆ ของซิลิคอนผลึกเดี่ยวและซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยม และจัดอยู่ในส่วนหน้าของอุตสาหกรรมการผลิตซิลิคอนผลึก ระบบควบคุมอุณหภูมิสามารถแบ่งออกเป็นระบบควบคุมอุณหภูมิของเตาหลอมดึงผลึกเดี่ยวและระบบควบคุมอุณหภูมิของเตาหลอมแท่งซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยมตามประเภทของผลิตภัณฑ์ เนื่องจากเซลล์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูงกว่าเซลล์ซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยม ส่วนแบ่งการตลาดของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่ส่วนแบ่งการตลาดของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยมในประเทศของเราลดลงทุกปี จาก 32.5% ในปี 2019 เหลือ 9.3% ในปี 2020 ดังนั้น ผู้ผลิตระบบควบคุมอุณหภูมิส่วนใหญ่จึงใช้เทคโนโลยีระบบควบคุมอุณหภูมิของเตาหลอมดึงผลึกเดี่ยวเป็นหลัก

รูปที่ 2: สนามความร้อนในห่วงโซ่อุตสาหกรรมการผลิตซิลิคอนผลึก

สนามความร้อนประกอบด้วยส่วนประกอบมากกว่าสิบชิ้น และส่วนประกอบหลักสี่ชิ้น ได้แก่ เบ้าหลอม ท่อส่ง ปลอกฉนวน และตัวทำความร้อน ส่วนประกอบแต่ละชิ้นมีความต้องการคุณสมบัติของวัสดุที่แตกต่างกัน รูปด้านล่างเป็นแผนภาพแสดงสนามความร้อนของซิลิคอนผลึกเดี่ยว เบ้าหลอม ท่อส่ง และปลอกฉนวนเป็นส่วนประกอบโครงสร้างของระบบสนามความร้อน หน้าที่หลักของพวกมันคือการรองรับสนามความร้อนอุณหภูมิสูงทั้งหมด และพวกมันมีความต้องการสูงในด้านความหนาแน่น ความแข็งแรง และการนำความร้อน ตัวทำความร้อนเป็นองค์ประกอบความร้อนโดยตรงในสนามความร้อน หน้าที่ของมันคือการให้พลังงานความร้อน โดยทั่วไปแล้วจะเป็นตัวต้านทาน ดังนั้นจึงมีความต้องการสูงในด้านความต้านทานของวัสดุ