تولید برق فتوولتائیک خورشیدی به امیدوار کننده ترین صنعت انرژی جدید در جهان تبدیل شده است. در مقایسه با سلول های خورشیدی پلی سیلیکونی و سیلیکونی آمورف، سیلیکون تک کریستالی، به عنوان یک ماده تولید برق فتوولتائیک، دارای راندمان تبدیل فوتوالکتریک بالا و مزایای تجاری برجسته است و به جریان اصلی تولید برق فتوولتائیک خورشیدی تبدیل شده است. Czochralski (CZ) یکی از روش های اصلی برای تهیه سیلیکون تک کریستالی است. ترکیب کوره تک کریستالی Czochralski شامل سیستم کوره، سیستم خلاء، سیستم گاز، سیستم میدان حرارتی و سیستم کنترل الکتریکی است. سیستم میدان حرارتی یکی از مهمترین شرایط برای رشد سیلیکون تک کریستالی است و کیفیت سیلیکون تک کریستالی به طور مستقیم تحت تأثیر توزیع گرادیان دمایی میدان حرارتی است.
اجزای میدان حرارتی عمدتاً از مواد کربنی (مواد گرافیتی و مواد کامپوزیت کربن/کربن) تشکیل شده‌اند که با توجه به عملکردشان به قطعات پشتیبانی، بخش‌های عملکردی، عناصر گرمایشی، قطعات محافظ، مواد عایق حرارتی و غیره تقسیم می‌شوند. در شکل 1 نشان داده شده است. با ادامه افزایش اندازه سیلیکون تک کریستالی، اندازه مورد نیاز برای اجزای میدان حرارتی نیز در حال افزایش است. مواد کامپوزیت کربن/کربن به دلیل پایداری ابعادی و خواص مکانیکی عالی، اولین انتخاب برای مواد میدان حرارتی برای سیلیکون تک کریستالی هستند.
در فرآیند سیلیکون تک کریستالی czochralcian، ذوب مواد سیلیکون بخار سیلیکون و پاشش سیلیکون مذاب تولید می‌کند که منجر به فرسایش سیلیسی شدن مواد میدان حرارتی کربن/کربن می‌شود و خواص مکانیکی و عمر مفید مواد میدان حرارتی کربن/کربن است. به طور جدی تحت تاثیر قرار گرفته است. بنابراین، چگونگی کاهش فرسایش سیلیسی شدن مواد میدان حرارتی کربن/کربن و بهبود عمر مفید آنها به یکی از دغدغه های رایج سازندگان سیلیکون تک کریستالی و تولید کنندگان مواد میدان حرارتی کربن/کربن تبدیل شده است.پوشش کاربید سیلیکونبه دلیل مقاومت عالی در برابر شوک حرارتی و مقاومت در برابر سایش، به اولین انتخاب برای محافظت از پوشش سطح مواد میدان حرارتی کربن/کربن تبدیل شده است.
در این مقاله، با شروع از مواد میدان حرارتی کربن/کربن مورد استفاده در تولید سیلیکون تک کریستالی، روش‌های اصلی تهیه، مزایا و معایب پوشش کاربید سیلیکون معرفی می‌شوند. بر این اساس، کاربرد و پیشرفت تحقیق پوشش کاربید سیلیکون در مواد میدان حرارتی کربن/کربن با توجه به ویژگی‌های مواد میدان حرارتی کربن/کربن، و پیشنهادات و دستورالعمل‌های توسعه برای حفاظت از پوشش سطحی مواد میدان حرارتی کربن/کربن بررسی می‌شود. مطرح می شوند.
1 تکنولوژی آماده سازیپوشش کاربید سیلیکون
1.1 روش جاسازی
روش تعبیه اغلب برای تهیه پوشش داخلی کاربید سیلیکون در سیستم مواد کامپوزیتی C/C-sic استفاده می شود. این روش ابتدا از پودر مخلوط برای بسته بندی مواد کامپوزیت کربن/کربن استفاده می کند و سپس عملیات حرارتی را در دمای مشخصی انجام می دهد. یک سری واکنش های فیزیکی و شیمیایی پیچیده بین پودر مخلوط و سطح نمونه برای تشکیل پوشش رخ می دهد. مزیت آن این است که فرآیند ساده است، تنها یک فرآیند می تواند مواد کامپوزیتی ماتریسی متراکم و بدون ترک را تهیه کند. تغییر اندازه کوچک از پریفرم تا محصول نهایی؛ مناسب برای هر ساختار تقویت شده با الیاف؛ یک گرادیان ترکیبی مشخص می تواند بین پوشش و بستر ایجاد شود که به خوبی با بستر ترکیب می شود. با این حال، معایبی نیز وجود دارد، مانند واکنش شیمیایی در دمای بالا، که می تواند به فیبر آسیب برساند، و خواص مکانیکی ماتریس کربن/کربن کاهش می یابد. کنترل یکنواختی پوشش به دلیل عواملی مانند جاذبه زمین که باعث ناهمواری پوشش می شود، مشکل است.
1.2 روش پوشش دوغابی
روش پوشش دهی دوغاب به این صورت است که مواد پوشش و بایندر را در مخلوطی مخلوط کرده، به طور یکنواخت بر روی سطح ماتریس برس می زنیم، پس از خشک شدن در اتمسفر بی اثر، نمونه پوشش داده شده در دمای بالا زینتر شده و پوشش مورد نیاز بدست می آید. مزایا این است که فرآیند ساده و آسان برای کار است، و ضخامت پوشش آسان برای کنترل است. عیب آن این است که استحکام پیوند ضعیفی بین پوشش و زیرلایه وجود دارد و مقاومت شوک حرارتی پوشش ضعیف است و یکنواختی پوشش پایین است.
1.3 روش واکنش بخار شیمیایی
روش واکنش بخار شیمیایی (CVR) یک روش فرآیندی است که مواد جامد سیلیکون را در دمای معینی به بخار سیلیکون تبخیر می‌کند و سپس بخار سیلیکون به داخل و سطح ماتریس پخش می‌شود و در محل با کربن موجود در ماتریس واکنش می‌دهد و تولید می‌کند. کاربید سیلیکون از مزایای آن می توان به جو یکنواخت در کوره، سرعت واکنش ثابت و ضخامت رسوب مواد پوشش داده شده در همه جا اشاره کرد. این فرآیند ساده و آسان برای کار است و ضخامت پوشش را می توان با تغییر فشار بخار سیلیکون، زمان رسوب و سایر پارامترها کنترل کرد. نقطه ضعف این است که نمونه به شدت تحت تأثیر موقعیت در کوره قرار می گیرد و فشار بخار سیلیکون در کوره نمی تواند به یکنواختی نظری برسد و در نتیجه ضخامت پوشش ناهموار می شود.
1.4 روش رسوب بخار شیمیایی
رسوب شیمیایی بخار (CVD) فرآیندی است که در آن از هیدروکربن ها به عنوان منبع گاز و خلوص بالا N2/Ar به عنوان گاز حامل برای وارد کردن گازهای مخلوط به یک راکتور بخار شیمیایی استفاده می شود و هیدروکربن ها تجزیه، سنتز، پخش، جذب و تجزیه می شوند. دما و فشار معین برای تشکیل لایه های جامد روی سطح مواد کامپوزیت کربن/کربن. مزیت آن این است که چگالی و خلوص پوشش قابل کنترل است. همچنین برای قطعه کار با شکل پیچیده تر مناسب است. ساختار کریستالی و مورفولوژی سطح محصول را می توان با تنظیم پارامترهای رسوب کنترل کرد. معایب آن این است که نرخ رسوب بسیار کم است، فرآیند پیچیده است، هزینه تولید بالا است و ممکن است عیوب پوشش، مانند ترک، عیوب مش و عیوب سطحی وجود داشته باشد.
به طور خلاصه، روش تعبیه محدود به ویژگی های تکنولوژیکی آن است که برای توسعه و تولید مواد آزمایشگاهی و اندازه کوچک مناسب است. روش پوشش دهی به دلیل قوام ضعیف برای تولید انبوه مناسب نیست. روش CVR می تواند تولید انبوه محصولات با اندازه بزرگ را برآورده کند، اما نیازهای بالاتری برای تجهیزات و فناوری دارد. روش CVD یک روش ایده آل برای آماده سازی استپوشش SICاما هزینه آن از روش CVR به دلیل دشواری در کنترل فرآیند بیشتر است.
زمان ارسال: فوریه 22-2024