composites carbone-carbonesont un type de composites à fibres de carbone, la fibre de carbone servant de matériau de renforcement et le carbone déposé de matériau de matrice. La matrice deLes composites C/C sont en carboneComposé presque entièrement de carbone élémentaire, ce matériau présente une excellente résistance aux hautes températures et hérite des propriétés mécaniques robustes de la fibre de carbone. Son utilisation industrielle dans le domaine de la défense est antérieure.
Domaines d'application :
matériaux composites C/Celles se situent au milieu de la chaîne industrielle, et l'amont comprend la fabrication de fibres de carbone et de préformes, tandis que les domaines d'application en aval sont relativement vastes.matériaux composites C/CIls sont principalement utilisés comme matériaux résistants à la chaleur, matériaux de friction et matériaux à hautes performances mécaniques. On les retrouve dans l'aérospatiale (revêtements de tuyère de fusée, matériaux de protection thermique et pièces structurelles thermiques de moteurs), les matériaux de freinage (trains à grande vitesse, disques de frein d'avions), les champs thermiques photovoltaïques (isolants, creusets, tubes de guidage et autres composants), les corps biologiques (os artificiels) et d'autres domaines. Actuellement, la production nationalematériaux composites C/CLes entreprises se concentrent principalement sur le maillon unique des matériaux composites et étendent leur champ d'action à la production de préformes en amont.
Les matériaux composites C/C présentent d'excellentes performances globales : faible densité, résistance spécifique élevée, module spécifique élevé, conductivité thermique élevée, faible coefficient de dilatation thermique, bonne ténacité à la rupture, résistance à l'usure et à l'ablation, etc. Contrairement à d'autres matériaux, leur résistance ne diminue pas, mais peut même augmenter avec la température. Matériau particulièrement résistant à la chaleur, il a été initialement industrialisé pour la fabrication de chemises de chambre de fusée.
Les matériaux composites C/C héritent des excellentes propriétés mécaniques et de mise en œuvre de la fibre de carbone, tout en possédant la résistance à la chaleur et à la corrosion du graphite. Ils sont ainsi devenus un concurrent sérieux pour les produits en graphite. Dans le domaine d'application exigeant une résistance mécanique élevée, comme le photovoltaïque thermique, la rentabilité et la sécurité des matériaux composites C/C sont de plus en plus importantes, notamment avec la production à grande échelle de plaquettes de silicium, et constituent une exigence incontournable. En revanche, le graphite est devenu un complément aux matériaux composites C/C en raison des capacités de production limitées des fournisseurs.
Application du champ thermique photovoltaïque :
Le champ thermique désigne l'ensemble du système permettant de maintenir la croissance du silicium monocristallin ou la production de lingots de silicium polycristallin à une température donnée. Il joue un rôle essentiel dans la pureté, l'uniformité et les autres qualités du silicium monocristallin et polycristallin, et constitue une étape cruciale de la fabrication du silicium cristallin. Selon le type de produit, on distingue deux types de champs thermiques : ceux des fours de tirage de monocristaux de silicium monocristallin et ceux des fours de production de lingots de silicium polycristallin. Les cellules en silicium monocristallin présentant un rendement de conversion supérieur à celui des cellules en silicium polycristallin, la part de marché des plaquettes de silicium monocristallin ne cesse de croître, tandis que celle des plaquettes de silicium polycristallin diminue d'année en année, passant de 32,5 % en 2019 à 9,3 % en 2020. Par conséquent, les fabricants de champs thermiques privilégient la technologie des fours de tirage de monocristaux.
Figure 2 : Champ thermique dans la chaîne de production de l'industrie du silicium cristallin
Le champ thermique est composé de plus d'une douzaine d'éléments, dont les quatre principaux sont le creuset, le tube guide, le cylindre isolant et l'élément chauffant. Chaque élément requiert des propriétés de matériaux spécifiques. La figure ci-dessous illustre schématiquement le champ thermique du silicium monocristallin. Le creuset, le tube guide et le cylindre isolant constituent la structure du système. Leur fonction principale est de supporter l'ensemble du champ thermique à haute température ; ils doivent donc présenter des exigences élevées en matière de densité, de résistance et de conductivité thermique. L'élément chauffant, élément de chauffage direct du champ thermique, a pour fonction de fournir de l'énergie thermique. Généralement résistif, il requiert une résistivité des matériaux particulièrement élevée.
Date de publication : 1er juillet 2024