Güneş fotovoltaik güç üretimi dünyanın en umut verici yeni enerji endüstrisi haline gelmiştir. Polisilikon ve amorf silisyum güneş hücreleriyle karşılaştırıldığında, monokristal silisyum, fotovoltaik güç üretim malzemesi olarak yüksek fotoelektrik dönüşüm verimliliğine ve olağanüstü ticari avantajlara sahiptir ve güneş fotovoltaik güç üretiminin ana akımı haline gelmiştir. Czochralski (CZ), monokristal silisyum hazırlamanın ana yöntemlerinden biridir. Czochralski monokristal fırınının bileşimi fırın sistemi, vakum sistemi, gaz sistemi, termal alan sistemi ve elektrik kontrol sistemini içerir. Termal alan sistemi, monokristal silisyumun büyümesi için en önemli koşullardan biridir ve monokristal silisyumun kalitesi doğrudan termal alanın sıcaklık gradyanı dağılımından etkilenir.
Termal alan bileşenleri esas olarak karbon malzemelerden (grafit malzemeler ve karbon/karbon kompozit malzemeler) oluşur ve Şekil 1'de gösterildiği gibi işlevlerine göre destek parçaları, işlevsel parçalar, ısıtma elemanları, koruyucu parçalar, termal yalıtım malzemeleri vb. olarak ayrılır. Monokristalin silikonun boyutu artmaya devam ettikçe, termal alan bileşenleri için boyut gereksinimleri de artmaktadır. Karbon/karbon kompozit malzemeler, boyutsal kararlılığı ve mükemmel mekanik özellikleri nedeniyle monokristalin silikon için termal alan malzemeleri için ilk tercih haline gelir.
Czochralcian monokristalin silisyum sürecinde, silisyum malzemesinin eritilmesi silisyum buharı ve erimiş silisyum sıçraması üretecektir, bu da karbon/karbon termal alan malzemelerinin silisleşme aşınmasına neden olur ve karbon/karbon termal alan malzemelerinin mekanik özellikleri ve hizmet ömrü ciddi şekilde etkilenir. Bu nedenle, karbon/karbon termal alan malzemelerinin silisleşme aşınmasının nasıl azaltılacağı ve hizmet ömürlerinin nasıl iyileştirileceği, monokristalin silisyum üreticilerinin ve karbon/karbon termal alan malzemesi üreticilerinin ortak endişelerinden biri haline gelmiştir.Silisyum karbür kaplamaMükemmel termal şok direnci ve aşınma direnci nedeniyle karbon/karbon termal alan malzemelerinin yüzey kaplama korumasında ilk tercih haline gelmiştir.
Bu makalede, monokristalin silisyum üretiminde kullanılan karbon/karbon termal alan malzemelerinden başlayarak, silisyum karbür kaplamanın ana hazırlama yöntemleri, avantajları ve dezavantajları tanıtılmaktadır. Bu temelde, karbon/karbon termal alan malzemelerinde silisyum karbür kaplamanın uygulaması ve araştırma ilerlemesi, karbon/karbon termal alan malzemelerinin özelliklerine göre incelenmekte ve karbon/karbon termal alan malzemelerinin yüzey kaplama koruması için öneriler ve geliştirme yönleri ortaya konulmaktadır.
1 Hazırlama teknolojisisilisyum karbür kaplama
1.1 Gömme yöntemi
Gömme yöntemi genellikle C/C-sic kompozit malzeme sisteminde silisyum karbürün iç kaplamasını hazırlamak için kullanılır. Bu yöntem önce karbon/karbon kompozit malzemeyi sarmak için karışık toz kullanır ve ardından belirli bir sıcaklıkta ısıl işlem gerçekleştirir. Karışık toz ve numunenin yüzeyi arasında bir dizi karmaşık fiziko-kimyasal reaksiyon meydana gelerek kaplamayı oluşturur. Avantajı, işlemin basit olması, yalnızca tek bir işlemle yoğun, çatlak içermeyen matris kompozit malzemeler hazırlanabilmesidir; Ön formdan nihai ürüne küçük boyut değişimi; Herhangi bir elyaf takviyeli yapı için uygundur; Kaplama ve alt tabaka arasında, alt tabaka ile iyi bir şekilde birleşen belirli bir kompozisyon gradyanı oluşturulabilir. Bununla birlikte, elyafı hasarlayabilen yüksek sıcaklıktaki kimyasal reaksiyon ve karbon/karbon matrisinin mekanik özelliklerinin azalması gibi dezavantajlar da vardır. Kaplamanın düzgünlüğü, kaplamayı düzensiz hale getiren yerçekimi gibi faktörler nedeniyle kontrol edilmesi zordur.
1.2 Bulamaç kaplama yöntemi
Bulamaç kaplama yöntemi, kaplama malzemesi ve bağlayıcıyı bir karışım halinde karıştırmak, matrisin yüzeyine eşit şekilde fırçalamak, inert bir atmosferde kuruttuktan sonra kaplanmış numunenin yüksek sıcaklıkta sinterlenmesi ve gerekli kaplamanın elde edilebilmesidir. Avantajları, işlemin basit ve çalıştırılmasının kolay olması ve kaplama kalınlığının kontrol edilmesinin kolay olmasıdır; Dezavantajı, kaplama ile alt tabaka arasındaki bağlanma mukavemetinin zayıf olması ve kaplamanın termal şok direncinin zayıf olması ve kaplamanın düzgünlüğünün düşük olmasıdır.
1.3 Kimyasal buhar reaksiyonu yöntemi
Kimyasal buhar reaksiyonu (CVR) yöntemi, katı silisyum malzemesini belirli bir sıcaklıkta silisyum buharına buharlaştıran ve daha sonra silisyum buharının matrisin iç ve yüzeyine difüze olduğu ve matristeki karbonla yerinde reaksiyona girerek silisyum karbür ürettiği bir işlem yöntemidir. Avantajları arasında fırında düzgün atmosfer, tutarlı reaksiyon hızı ve her yerde kaplanmış malzemenin biriktirme kalınlığı bulunur; İşlem basit ve çalıştırılması kolaydır ve kaplama kalınlığı, silisyum buhar basıncı, biriktirme süresi ve diğer parametreler değiştirilerek kontrol edilebilir. Dezavantajı, numunenin fırındaki pozisyondan büyük ölçüde etkilenmesi ve fırındaki silisyum buhar basıncının teorik tekdüzeliğe ulaşamaması ve bunun sonucunda düzensiz kaplama kalınlığının oluşmasıdır.
1.4 Kimyasal buhar biriktirme yöntemi
Kimyasal buhar biriktirme (CVD), hidrokarbonların gaz kaynağı olarak ve yüksek saflıkta N2/Ar'ın taşıyıcı gaz olarak kullanıldığı, karışık gazların bir kimyasal buhar reaktörüne sokulduğu ve hidrokarbonların belirli sıcaklık ve basınç altında ayrıştırıldığı, sentezlendiği, yayıldığı, adsorbe edildiği ve çözülerek karbon/karbon kompozit malzemelerin yüzeyinde katı filmler oluşturulduğu bir işlemdir. Avantajı, kaplamanın yoğunluğunun ve saflığının kontrol edilebilmesidir; Daha karmaşık şekilli iş parçaları için de uygundur; Ürünün kristal yapısı ve yüzey morfolojisi biriktirme parametreleri ayarlanarak kontrol edilebilir. Dezavantajları ise biriktirme hızının çok düşük olması, sürecin karmaşık olması, üretim maliyetinin yüksek olması ve çatlaklar, ağ kusurları ve yüzey kusurları gibi kaplama kusurları olabilmesidir.
Özetle, gömme yöntemi, laboratuvar ve küçük boyutlu malzemelerin geliştirilmesi ve üretimi için uygun olan teknolojik özellikleriyle sınırlıdır; Kaplama yöntemi, düşük tutarlılığı nedeniyle seri üretime uygun değildir. CVR yöntemi, büyük boyutlu ürünlerin seri üretimini karşılayabilir, ancak ekipman ve teknoloji için daha yüksek gereksinimlere sahiptir. CVD yöntemi, hazırlamak için ideal bir yöntemdirSIC kaplamaAncak süreç kontrolünün zor olması nedeniyle maliyeti CVR yöntemine göre daha yüksektir.
Gönderi zamanı: 22-Şub-2024