Aurinkosähköstä on tullut maailman lupaavin uusi energiateollisuus. Verrattuna polypiiin ja amorfiseen piin aurinkokennoihin, monokiteisellä piillä on aurinkosähkön tuotantomateriaalina korkea valosähköinen muunnostehokkuus ja erinomaiset kaupalliset edut, ja siitä on tullut aurinkosähkön sähköntuotannon valtavirta. Czochralski (CZ) on yksi tärkeimmistä menetelmistä yksikiteisen piin valmistamiseksi. Czochralskin yksikiteisen uunin koostumus sisältää uunijärjestelmän, tyhjiöjärjestelmän, kaasujärjestelmän, lämpökenttäjärjestelmän ja sähköisen ohjausjärjestelmän. Lämpökenttäjärjestelmä on yksi tärkeimmistä monokiteisen piin kasvun edellytyksistä, ja yksikiteisen piin laatuun vaikuttaa suoraan lämpökentän lämpötilagradienttijakauma.
Lämpökenttäkomponentit koostuvat pääasiassa hiilimateriaaleista (grafiittimateriaalit ja hiili/hiili-komposiittimateriaalit), jotka on jaettu toimintojensa mukaan tukiosiin, toiminnallisiin osiin, lämmityselementteihin, suojaosiin, lämmöneristysmateriaaleihin jne. näkyy kuvassa 1. Kun yksikiteisen piin koko kasvaa edelleen, myös lämpökenttäkomponenttien kokovaatimukset kasvavat. Hiili/hiili-komposiittimateriaaleista tulee ensimmäinen valinta monokiteisen piin lämpökenttämateriaaleihin sen mittavakauden ja erinomaisten mekaanisten ominaisuuksien ansiosta.
Czochralcian monokiteisen piin prosessissa piimateriaalin sulaminen tuottaa piihöyryä ja sulan piin roiskeita, mikä johtaa hiili-/hiililämpökenttämateriaalien silifikaatioeroosioon, ja hiili-/hiililämpökenttämateriaalien mekaaniset ominaisuudet ja käyttöikä ovat vaikuttaa vakavasti. Siksi hiili-/hiililämpökenttämateriaalien silikaatioeroosion vähentämisestä ja niiden käyttöiän parantamisesta on tullut yksi monokiteisen piin valmistajien ja hiili-/hiililämpökenttämateriaalien valmistajien yleisistä huolenaiheista.Piikarbidipinnoiteon tullut ensimmäinen valinta hiili/hiililämpökenttämateriaalien pintapinnoitteiden suojaamiseen erinomaisen lämpöiskun- ja kulutuskestävänsä ansiosta.
Tässä artikkelissa monokiteisen piin tuotannossa käytetyistä hiili/hiililämpökenttämateriaaleista alkaen esitellään piikarbidipinnoitteen tärkeimmät valmistusmenetelmät, edut ja haitat. Tältä pohjalta tarkastellaan piikarbidipinnoitteen soveltamista ja tutkimuksen edistymistä hiili/hiililämpökenttämateriaaleissa hiili/hiililämpökenttämateriaalien ominaisuuksien mukaisesti sekä ehdotukset ja kehityssuunnat hiili/hiililämpökenttämateriaalien pintapinnoitteen suojaamiseksi. esitetään.
1 Valmistustekniikkapiikarbidipinnoite
1.1 Upotusmenetelmä
Upotusmenetelmää käytetään usein piikarbidin sisäpinnoitteen valmistukseen C/C-sic-komposiittimateriaalijärjestelmässä. Tämä menetelmä käyttää ensin sekoitettua jauhetta hiili/hiili-komposiittimateriaalin käärimiseen ja sitten suorittaa lämpökäsittelyn tietyssä lämpötilassa. Sekajauheen ja näytteen pinnan välillä tapahtuu sarja monimutkaisia fysikaalis-kemiallisia reaktioita pinnoitteen muodostamiseksi. Sen etuna on, että prosessi on yksinkertainen, vain yhdellä prosessilla voidaan valmistaa tiheitä, halkeilemattomia matriisikomposiittimateriaaleja; Pieni kokomuutos esimuotista lopputuotteeksi; Sopii mihin tahansa kuituvahvisteiseen rakenteeseen; Pinnoitteen ja alustan väliin voi muodostua tietty koostumusgradientti, joka yhdistyy hyvin alustaan. On kuitenkin myös haittoja, kuten kemiallinen reaktio korkeassa lämpötilassa, joka voi vahingoittaa kuitua, ja hiili/hiilimatriisin mekaaniset ominaisuudet heikkenevät. Pinnoitteen tasaisuutta on vaikea hallita esimerkiksi painovoiman vuoksi, mikä tekee pinnoitteesta epätasaisen.
1.2 Lietepinnoitusmenetelmä
Lietepäällystysmenetelmänä on sekoittaa pinnoitemateriaali ja sideaine seokseksi, harjata tasaisesti matriisin pinnalle, inertissä ilmakehässä kuivaamisen jälkeen päällystetty näyte sintrataan korkeassa lämpötilassa ja tarvittava pinnoite saadaan aikaan. Edut ovat, että prosessi on yksinkertainen ja helppokäyttöinen, ja pinnoitteen paksuutta on helppo hallita; Haittapuolena on, että pinnoitteen ja alustan välinen sidoslujuus on heikko ja pinnoitteen lämpöiskunkestävyys on heikko ja pinnoitteen tasaisuus on alhainen.
1.3 Kemiallinen höyryreaktiomenetelmä
Kemiallinen höyryreaktio (CVR) on prosessimenetelmä, jossa kiinteä piimateriaali haihdutetaan piihöyryksi tietyssä lämpötilassa, minkä jälkeen piihöyry diffundoituu matriisin sisä- ja pintaan ja reagoi in situ matriisissa olevan hiilen kanssa tuottaen. piikarbidi. Sen etuja ovat tasainen ilmakehä uunissa, tasainen reaktionopeus ja päällystetyn materiaalin kerrostumispaksuus kaikkialla; Prosessi on yksinkertainen ja helppokäyttöinen, ja pinnoitteen paksuutta voidaan säätää muuttamalla piihöyryn painetta, kerrostumisaikaa ja muita parametreja. Haittana on, että näytteeseen vaikuttaa suuresti sijainti uunissa, eikä piihöyryn paine uunissa voi saavuttaa teoreettista tasaisuutta, mikä johtaa epätasaiseen pinnoitteen paksuuteen.
1.4 Kemiallinen höyrypinnoitusmenetelmä
Kemiallinen höyrypinnoitus (CVD) on prosessi, jossa hiilivetyjä käytetään kaasulähteenä ja erittäin puhdasta N2/Ar-kantokaasuna syöttämään kaasuseoksia kemialliseen höyryreaktoriin, ja hiilivedyt hajotetaan, syntetisoidaan, diffuusoidaan, adsorboidaan ja erotetaan tietyssä lämpötilassa ja paineessa kiinteiden kalvojen muodostamiseksi hiili/hiilikomposiittimateriaalien pinnalle. Sen etuna on, että pinnoitteen tiheyttä ja puhtautta voidaan säätää; Se sopii myös monimutkaisempiin työkappaleisiin; Tuotteen kiderakennetta ja pinnan morfologiaa voidaan hallita säätämällä laskeumaparametreja. Haittoja ovat liian alhainen saostusnopeus, monimutkainen prosessi, korkeat tuotantokustannukset ja pinnoitusvirheitä, kuten halkeamia, verkkovirheitä ja pintavirheitä, saattaa olla.
Yhteenvetona voidaan todeta, että upotusmenetelmä rajoittuu sen teknologisiin ominaisuuksiin, joka soveltuu laboratorio- ja pienikokoisten materiaalien kehittämiseen ja tuotantoon; Päällystysmenetelmä ei sovellu massatuotantoon huonon koostumuksensa vuoksi. CVR-menetelmällä voidaan täyttää suurikokoisten tuotteiden massatuotanto, mutta sillä on korkeammat vaatimukset laitteille ja teknologialle. CVD-menetelmä on ihanteellinen valmistusmenetelmäSIC-pinnoite, mutta sen hinta on korkeampi kuin CVR-menetelmän prosessinhallinnan vaikeuden vuoksi.
Postitusaika: 22.2.2024