La generación de energía solar fotovoltaica se ha convertido en la nueva industria energética más prometedora del mundo. En comparación con las células solares de polisilicio y silicio amorfo, el silicio monocristalino, como material de generación de energía fotovoltaica, tiene una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica y excelentes ventajas comerciales, y se ha convertido en la corriente principal de la generación de energía solar fotovoltaica. Czochralski (CZ) es uno de los principales métodos para preparar silicio monocristalino. La composición del horno monocristalino Czochralski incluye un sistema de horno, un sistema de vacío, un sistema de gas, un sistema de campo térmico y un sistema de control eléctrico. El sistema de campo térmico es una de las condiciones más importantes para el crecimiento del silicio monocristalino, y la calidad del silicio monocristalino se ve directamente afectada por la distribución del gradiente de temperatura del campo térmico.
Los componentes del campo térmico están compuestos principalmente por materiales de carbono (materiales de grafito y materiales compuestos de carbono/carbono), que se dividen en piezas de soporte, piezas funcionales, elementos calefactores, piezas protectoras, materiales de aislamiento térmico, etc., según sus funciones, como como se muestra en la Figura 1. A medida que el tamaño del silicio monocristalino continúa aumentando, los requisitos de tamaño para los componentes del campo térmico también aumentan. Los materiales compuestos de carbono/carbono se convierten en la primera opción para materiales de campo térmico para silicio monocristalino debido a su estabilidad dimensional y excelentes propiedades mecánicas.
En el proceso del silicio monocristalino czochralcian, la fusión del material de silicio producirá vapor de silicio y salpicaduras de silicio fundido, lo que resultará en la erosión por silicificación de los materiales de campo térmico de carbono/carbono, y las propiedades mecánicas y la vida útil de los materiales de campo térmico de carbono/carbono son seriamente afectado. Por lo tanto, cómo reducir la erosión por silicificación de los materiales de campo térmico de carbono/carbono y mejorar su vida útil se ha convertido en una de las preocupaciones comunes de los fabricantes de silicio monocristalino y de los fabricantes de materiales de campo térmico de carbono/carbono.Recubrimiento de carburo de siliciose ha convertido en la primera opción para la protección de revestimientos de superficies de materiales de campo térmico de carbono/carbono debido a su excelente resistencia al choque térmico y al desgaste.
En este artículo, a partir de materiales de campo térmico carbono/carbono utilizados en la producción de silicio monocristalino, se presentan los principales métodos de preparación, ventajas y desventajas del recubrimiento de carburo de silicio. Sobre esta base, se revisan la aplicación y el progreso de la investigación del recubrimiento de carburo de silicio en materiales de campo térmico de carbono/carbono de acuerdo con las características de los materiales de campo térmico de carbono/carbono, y se sugieren sugerencias e instrucciones de desarrollo para la protección del recubrimiento de superficies de materiales de campo térmico de carbono/carbono. se presentan.
1 Tecnología de preparación derecubrimiento de carburo de silicio
1.1 Método de incrustación
El método de incrustación se utiliza a menudo para preparar el revestimiento interno de carburo de silicio en un sistema de material compuesto C/C-sic. Este método utiliza primero una mezcla de polvo para envolver el material compuesto de carbono/carbono y luego lleva a cabo un tratamiento térmico a una temperatura determinada. Se producen una serie de reacciones físico-químicas complejas entre el polvo mezclado y la superficie de la muestra para formar el recubrimiento. Su ventaja es que el proceso es simple, solo un único proceso puede preparar materiales compuestos de matriz densos y sin grietas; Cambio de tamaño pequeño desde la preforma hasta el producto final; Apto para cualquier estructura reforzada con fibra; Se puede formar un cierto gradiente de composición entre el revestimiento y el sustrato, que se combina bien con el sustrato. Sin embargo, también existen desventajas, como la reacción química a alta temperatura, que puede dañar la fibra, y las propiedades mecánicas del carbono/matriz de carbono disminuyen. La uniformidad del recubrimiento es difícil de controlar debido a factores como la gravedad, que hace que el recubrimiento sea desigual.
1.2 Método de recubrimiento en suspensión
El método de recubrimiento en suspensión consiste en mezclar el material de recubrimiento y el aglutinante en una mezcla, aplicar un cepillo uniformemente sobre la superficie de la matriz, después de secar en una atmósfera inerte, la muestra recubierta se sinteriza a alta temperatura y se puede obtener el recubrimiento requerido. Las ventajas son que el proceso es simple y fácil de operar, y el espesor del recubrimiento es fácil de controlar; La desventaja es que la fuerza de unión entre el recubrimiento y el sustrato es deficiente, la resistencia al choque térmico del recubrimiento es deficiente y la uniformidad del recubrimiento es baja.
1.3 Método de reacción de vapor químico
El método de reacción química de vapor (CVR) es un método de proceso que evapora material de silicio sólido en vapor de silicio a una cierta temperatura, y luego el vapor de silicio se difunde hacia el interior y la superficie de la matriz y reacciona in situ con el carbono en la matriz para producir carburo de silicio. Sus ventajas incluyen una atmósfera uniforme en el horno, una velocidad de reacción constante y un espesor de deposición del material recubierto en todas partes; El proceso es simple y fácil de operar, y el espesor del recubrimiento se puede controlar cambiando la presión de vapor de silicio, el tiempo de deposición y otros parámetros. La desventaja es que la muestra se ve muy afectada por la posición en el horno y la presión de vapor de silicio en el horno no puede alcanzar la uniformidad teórica, lo que da como resultado un espesor de recubrimiento desigual.
1.4 Método de deposición química de vapor
La deposición química de vapor (CVD) es un proceso en el que se utilizan hidrocarburos como fuente de gas y N2/Ar de alta pureza como gas portador para introducir gases mezclados en un reactor químico de vapor, y los hidrocarburos se descomponen, sintetizan, difunden, adsorben y resuelven bajo Cierta temperatura y presión para formar películas sólidas en la superficie de materiales compuestos de carbono/carbono. Su ventaja es que se puede controlar la densidad y pureza del recubrimiento; También es adecuado para piezas de trabajo con formas más complejas; La estructura cristalina y la morfología de la superficie del producto se pueden controlar ajustando los parámetros de deposición. Las desventajas son que la tasa de deposición es demasiado baja, el proceso es complejo, el costo de producción es alto y puede haber defectos en el recubrimiento, como grietas, defectos de malla y defectos superficiales.
En resumen, el método de incrustación se limita a sus características tecnológicas, lo cual es adecuado para el desarrollo y producción de materiales de laboratorio y de pequeño tamaño; El método de recubrimiento no es adecuado para la producción en masa debido a su mala consistencia. El método CVR puede satisfacer la producción en masa de productos de gran tamaño, pero tiene mayores requisitos de equipo y tecnología. El método CVD es un método ideal para prepararRecubrimiento SIC, pero su costo es mayor que el método CVR debido a su dificultad en el control del proceso.
Hora de publicación: 22 de febrero de 2024