Производството на слънчева фотоволтаична енергия се превърна в най-обещаващата нова енергийна индустрия в света. В сравнение с полисиликоновите и аморфните силициеви слънчеви клетки, монокристалният силиций, като фотоволтаичен материал за генериране на енергия, има висока ефективност на фотоелектрическо преобразуване и изключителни търговски предимства и се е превърнал в основното течение на слънчевото фотоволтаично производство на енергия. Czochralski (CZ) е един от основните методи за получаване на монокристален силиций. Съставът на монокристалната пещ Czochralski включва пещна система, вакуумна система, газова система, система за термично поле и електрическа система за управление. Системата на термичното поле е едно от най-важните условия за растежа на монокристалния силиций, а качеството на монокристалния силиций се влияе пряко от разпределението на температурния градиент на термичното поле.
Компонентите на термичното поле се състоят главно от въглеродни материали (графитни материали и въглеродни/въглеродни композитни материали), които са разделени на опорни части, функционални части, нагревателни елементи, защитни части, топлоизолационни материали и т.н., според техните функции, като показано на фигура 1. Тъй като размерът на монокристалния силиций продължава да нараства, изискванията за размер на компонентите на термичното поле също се увеличават. Композитните материали въглерод/въглерод стават първият избор за материали за термично поле за монокристален силиций поради неговата стабилност на размерите и отлични механични свойства.
В процеса на czochralcian монокристален силиций, топенето на силициевия материал ще произведе силициеви пари и пръски от разтопен силиций, което води до силицификационна ерозия на материали с термично поле от въглерод/въглерод, а механичните свойства и експлоатационният живот на материалите с термично поле от въглерод/въглерод са сериозно засегнати. Ето защо, как да се намали ерозията от силицификация на материали за термично поле въглерод/въглерод и да се подобри техният експлоатационен живот се превърна в една от общите грижи на производителите на монокристален силиций и производителите на материали за термично поле въглерод/въглерод.Покритие от силициев карбидсе превърна в първия избор за защита на повърхностно покритие на карбон/въглеродни термични полеви материали поради отличната си устойчивост на термичен удар и устойчивост на износване.
В тази статия, като се започне от материали с термично поле въглерод/въглерод, използвани в производството на монокристален силиций, се въвеждат основните методи за получаване, предимствата и недостатъците на покритието от силициев карбид. На тази основа приложението и напредъкът в изследванията на покритието от силициев карбид в материали за термично поле от въглерод/въглерод се преразглеждат според характеристиките на материалите за термично поле от въглерод/въглерод и предложения и насоки за развитие за защита на повърхностното покритие на материали от термично поле от въглерод/въглерод се излагат.
1 Технология на приготвяне напокритие от силициев карбид
1.1 Метод на вграждане
Методът на вграждане често се използва за подготовка на вътрешното покритие от силициев карбид в система от композитни материали C/C-sic. Този метод първо използва смесен прах за обвиване на композитния материал въглерод/въглерод и след това извършва термична обработка при определена температура. Поредица от сложни физико-химични реакции протичат между смесения прах и повърхността на пробата, за да се образува покритието. Неговото предимство е, че процесът е прост, само един процес може да подготви плътни матрични композитни материали без пукнатини; Малка промяна на размера от заготовка до краен продукт; Подходяща за всякакви фиброподсилени конструкции; Между покритието и субстрата може да се образува определен градиент на състава, който е добре комбиниран със субстрата. Съществуват обаче и недостатъци, като химическата реакция при висока температура, която може да повреди влакното и механичните свойства на въглеродната/въглеродната матрица се влошават. Еднородността на покритието е трудно да се контролира поради фактори като гравитацията, което прави покритието неравномерно.
1.2 Метод на суспензионно покритие
Методът на суспензионно покритие е смесване на покриващия материал и свързващото вещество в смес, равномерно намазване с четка върху повърхността на матрицата, след изсушаване в инертна атмосфера, покритият образец се синтерува при висока температура и може да се получи необходимото покритие. Предимствата са, че процесът е прост и лесен за работа, а дебелината на покритието се контролира лесно; Недостатъкът е, че има слаба якост на свързване между покритието и субстрата и устойчивостта на топлинен удар на покритието е лоша и еднородността на покритието е ниска.
1.3 Метод на химическа реакция с пари
Методът на химическата реакция на парите (CVR) е метод на процес, който изпарява твърд силициев материал в силициеви пари при определена температура, след което силициевите пари дифундират във вътрешната и повърхностната част на матрицата и реагират in situ с въглерода в матрицата, за да се получи силициев карбид. Неговите предимства включват равномерна атмосфера в пещта, постоянна скорост на реакция и дебелина на отлагането на покрития материал навсякъде; Процесът е прост и лесен за работа, а дебелината на покритието може да се контролира чрез промяна на налягането на силициевите пари, времето на отлагане и други параметри. Недостатъкът е, че пробата се влияе силно от позицията в пещта и налягането на силициевите пари в пещта не може да достигне теоретичната еднородност, което води до неравномерна дебелина на покритието.
1.4 Метод на химическо отлагане на пари
Химичното отлагане на пари (CVD) е процес, при който въглеводородите се използват като източник на газ и N2/Ar с висока чистота като газ-носител за въвеждане на смесени газове в реактор с химически пари и въглеводородите се разлагат, синтезират, дифузират, адсорбират и разделят под определена температура и налягане за образуване на твърди филми върху повърхността на въглеродни/въглеродни композитни материали. Предимството му е, че може да се контролира плътността и чистотата на покритието; Подходящ е и за детайли с по-сложна форма; Кристалната структура и повърхностната морфология на продукта могат да се контролират чрез регулиране на параметрите на отлагане. Недостатъците са, че скоростта на отлагане е твърде ниска, процесът е сложен, производствените разходи са високи и може да има дефекти на покритието, като пукнатини, дефекти на мрежата и повърхностни дефекти.
В обобщение, методът на вграждане е ограничен до неговите технологични характеристики, които са подходящи за разработване и производство на лабораторни и малки по размер материали; Методът на нанасяне на покритие не е подходящ за масово производство поради лошата му консистенция. Методът CVR може да отговори на масовото производство на големи продукти, но има по-високи изисквания за оборудване и технология. CVD методът е идеален метод за приготвянеSIC покритие, но неговата цена е по-висока от CVR метода поради трудността му при контрол на процеса.
Време на публикуване: 22 февруари 2024 г