Ana akım termal alan malzemeleri: C/C kompozit malzemeler

Karbon-karbon kompozitlerKarbon fiber kompozitler, takviye malzemesi olarak karbon fiber ve matris malzemesi olarak da biriktirilmiş karbon içeren bir tür karbon fiber kompozittir. Matris yapısı şu şekildedir:C/C kompozitleri karbondur.Neredeyse tamamen elementel karbondan oluştuğu için mükemmel yüksek sıcaklık direncine sahiptir ve karbon fiberin güçlü mekanik özelliklerini miras almıştır. Daha önce savunma alanında sanayileştirilmiştir.

Uygulama alanları:

C/C kompozit malzemelerSanayi zincirinin ortasında yer alırlar ve yukarı akışta karbon fiber ve ön şekillendirme imalatı yer alırken, aşağı akış uygulama alanları nispeten geniştir.C/C kompozit malzemelerEsas olarak ısıya dayanıklı malzemeler, sürtünme malzemeleri ve yüksek mekanik performans malzemeleri olarak kullanılırlar. Havacılık ve uzay sanayinde (roket nozulu boğaz astarları, ısı koruma malzemeleri ve motor termal yapısal parçaları), fren malzemelerinde (yüksek hızlı trenler, uçak fren diskleri), fotovoltaik termal alanlarda (yalıtım varilleri, potalar, kılavuz tüpler ve diğer bileşenler), biyolojik organizmalarda (yapay kemikler) ve diğer alanlarda kullanılırlar. Şu anda, yerli üretimde yaygın olarak kullanılmaktadırlar.C/C kompozit malzemelerŞirketler ağırlıklı olarak kompozit malzemelerin tek bir bağlantı noktasına odaklanmakta ve üretim sürecinin üst aşamalarına, ön şekillendirme yönüne doğru genişlemektedirler.

C/C kompozit malzemeler, düşük yoğunluk, yüksek özgül mukavemet, yüksek özgül modül, yüksek ısı iletkenliği, düşük termal genleşme katsayısı, iyi kırılma tokluğu, aşınma direnci, erozyon direnci vb. özellikleriyle mükemmel kapsamlı performans sergiler. Özellikle, diğer malzemelerin aksine, C/C kompozit malzemelerin mukavemeti sıcaklık artışıyla azalmaz, aksine artabilir. Mükemmel bir ısıya dayanıklı malzemedir ve bu nedenle ilk olarak roket boğaz astarlarında endüstriyel olarak kullanılmıştır.

C/C kompozit malzeme, karbon fiberin mükemmel mekanik ve işleme özelliklerini, grafitin ısı ve korozyon direncini miras alarak grafit ürünlerinin güçlü bir rakibi haline gelmiştir. Özellikle yüksek mukavemet gereksinimlerinin olduğu uygulama alanlarında – fotovoltaik termal alanda – büyük ölçekli silikon levhalar altında C/C kompozit malzemelerin maliyet etkinliği ve güvenliği giderek daha önemli hale gelmekte ve katı bir gereksinim haline gelmektedir. Aksine, grafit, arz tarafındaki sınırlı üretim kapasitesi nedeniyle C/C kompozit malzemeler için bir tamamlayıcı unsur haline gelmiştir.

Fotovoltaik termal alan uygulaması:

Termal alan, tek kristalli silikonun büyümesini veya çok kristalli silikon külçelerinin üretimini belirli bir sıcaklıkta sürdürmeyi sağlayan tüm sistemdir. Tek kristalli ve çok kristalli silikonun saflığı, homojenliği ve diğer özelliklerinde kilit rol oynar ve kristal silikon üretim endüstrisinin ön saflarında yer alır. Termal alan, ürün tipine göre tek kristalli silikon tek kristal çekme fırını termal alan sistemi ve çok kristalli külçe fırını termal alan sistemi olarak ikiye ayrılabilir. Tek kristalli silikon hücrelerinin çok kristalli silikon hücrelerine göre daha yüksek dönüşüm verimliliğine sahip olması nedeniyle, tek kristalli silikon levhaların pazar payı sürekli artarken, ülkemizde çok kristalli silikon levhaların pazar payı 2019'da %32,5'ten 2020'de %9,3'e düşerek her yıl azalmaktadır. Bu nedenle, termal alan üreticileri ağırlıklı olarak tek kristal çekme fırınlarının termal alan teknolojisi yolunu kullanmaktadır.

Şekil 2: Kristal silikon üretim endüstri zincirindeki termal alan

Termal alan, bir düzineden fazla bileşenden oluşur ve dört temel bileşen pota, kılavuz boru, yalıtım silindiri ve ısıtıcıdır. Farklı bileşenlerin malzeme özellikleri için farklı gereksinimleri vardır. Aşağıdaki şekil, tek kristal silikonun termal alanının şematik diyagramıdır. Pota, kılavuz boru ve yalıtım silindiri, termal alan sisteminin yapısal parçalarıdır. Temel işlevleri, tüm yüksek sıcaklık termal alanını desteklemektir ve yoğunluk, mukavemet ve ısı iletkenliği açısından yüksek gereksinimlere sahiptirler. Isıtıcı, termal alanda doğrudan ısıtma elemanıdır. İşlevi, ısı enerjisi sağlamaktır. Genellikle dirençlidir, bu nedenle malzeme direnci açısından daha yüksek gereksinimlere sahiptir.