Vật liệu chủ đạo trong lĩnh vực nhiệt: Vật liệu composite C/C

Vật liệu composite cacbon-cacbonlà một loại vật liệu composite sợi carbon, trong đó sợi carbon đóng vai trò là vật liệu gia cường và carbon lắng đọng đóng vai trò là vật liệu nền. Vật liệu nền củaVật liệu composite C/C là carbonVì gần như hoàn toàn được cấu tạo từ cacbon nguyên tố, nó có khả năng chịu nhiệt độ cao tuyệt vời và thừa hưởng các đặc tính cơ học mạnh mẽ của sợi cacbon. Nó đã được ứng dụng công nghiệp trong lĩnh vực quốc phòng từ trước.

Lĩnh vực ứng dụng:

Vật liệu composite C/CChúng nằm ở giữa chuỗi công nghiệp, và khâu đầu nguồn bao gồm sản xuất sợi carbon và phôi, còn các lĩnh vực ứng dụng ở khâu cuối nguồn tương đối rộng.Vật liệu composite C/CChúng chủ yếu được sử dụng làm vật liệu chịu nhiệt, vật liệu ma sát và vật liệu có hiệu suất cơ học cao. Chúng được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ (lớp lót họng phun tên lửa, vật liệu cách nhiệt và các bộ phận cấu trúc nhiệt của động cơ), vật liệu phanh (đường sắt cao tốc, đĩa phanh máy bay), lĩnh vực nhiệt quang điện (ống cách nhiệt, nồi nấu chảy, ống dẫn hướng và các bộ phận khác), vật liệu sinh học (xương nhân tạo) và các lĩnh vực khác. Hiện nay, trong nướcVật liệu composite C/CCác công ty chủ yếu tập trung vào khâu đơn lẻ của vật liệu composite và mở rộng sang hướng sản xuất phôi ở khâu thượng nguồn.

Vật liệu composite C/C có hiệu suất toàn diện tuyệt vời, với mật độ thấp, độ bền riêng cao, mô đun riêng cao, độ dẫn nhiệt cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp, độ dẻo dai chống nứt, khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn tốt, v.v. Đặc biệt, không giống như các vật liệu khác, độ bền của vật liệu composite C/C không giảm mà có thể tăng lên khi nhiệt độ tăng. Đây là một vật liệu chịu nhiệt tuyệt vời, và do đó nó đã được ứng dụng công nghiệp lần đầu tiên trong các lớp lót họng tên lửa.

Vật liệu composite C/C thừa hưởng các đặc tính cơ học và khả năng gia công tuyệt vời của sợi carbon, đồng thời có khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn của than chì, và đã trở thành đối thủ cạnh tranh mạnh mẽ của các sản phẩm than chì. Đặc biệt trong lĩnh vực ứng dụng đòi hỏi độ bền cao – lĩnh vực quang điện nhiệt, tính hiệu quả về chi phí và độ an toàn của vật liệu composite C/C ngày càng trở nên nổi bật dưới áp lực sản xuất tấm silicon quy mô lớn, và đã trở thành một yêu cầu bắt buộc. Ngược lại, than chì trở thành vật liệu bổ sung cho vật liệu composite C/C do năng lực sản xuất hạn chế ở phía cung ứng.

Ứng dụng thực tiễn của hệ thống quang điện nhiệt:

Hệ thống nhiệt là toàn bộ hệ thống duy trì sự phát triển của silicon đơn tinh thể hoặc sản xuất silicon đa tinh thể ở một nhiệt độ nhất định. Nó đóng vai trò quan trọng trong độ tinh khiết, tính đồng nhất và các đặc tính khác của silicon đơn tinh thể và silicon đa tinh thể, và thuộc khâu đầu cuối của ngành công nghiệp sản xuất silicon tinh thể. Hệ thống nhiệt có thể được chia thành hệ thống nhiệt của lò kéo đơn tinh thể silicon và hệ thống nhiệt của lò sản xuất silicon đa tinh thể theo loại sản phẩm. Do pin silicon đơn tinh thể có hiệu suất chuyển đổi cao hơn pin silicon đa tinh thể, thị phần của tấm silicon đơn tinh thể tiếp tục tăng, trong khi thị phần của tấm silicon đa tinh thể ở nước ta giảm dần theo từng năm, từ 32,5% năm 2019 xuống còn 9,3% năm 2020. Do đó, các nhà sản xuất hệ thống nhiệt chủ yếu sử dụng công nghệ hệ thống nhiệt của lò kéo đơn tinh thể.

Hình 2: Trường nhiệt trong chuỗi công nghiệp sản xuất silicon tinh thể

Hệ thống nhiệt bao gồm hơn chục thành phần, trong đó bốn thành phần cốt lõi là nồi nấu chảy, ống dẫn hướng, xi lanh cách nhiệt và bộ gia nhiệt. Mỗi thành phần có yêu cầu khác nhau về tính chất vật liệu. Hình dưới đây là sơ đồ hệ thống nhiệt của silicon đơn tinh thể. Nồi nấu chảy, ống dẫn hướng và xi lanh cách nhiệt là các bộ phận cấu trúc của hệ thống nhiệt. Chức năng cốt lõi của chúng là chịu lực cho toàn bộ hệ thống nhiệt độ cao, và chúng có yêu cầu cao về mật độ, độ bền và độ dẫn nhiệt. Bộ gia nhiệt là một phần tử gia nhiệt trực tiếp trong hệ thống nhiệt. Chức năng của nó là cung cấp năng lượng nhiệt. Nó thường có điện trở, vì vậy nó có yêu cầu cao hơn về điện trở suất của vật liệu.