Proizvodnja solarne fotonaponske energije postala je nova energetska industrija koja najviše obećava u svijetu. U usporedbi s polisilicijem i solarnim ćelijama od amorfnog silicija, monokristalni silicij, kao materijal za fotonaponsku proizvodnju energije, ima visoku učinkovitost fotoelektrične pretvorbe i izvanredne komercijalne prednosti, te je postao glavni tok solarne fotonaponske proizvodnje energije. Czochralski (CZ) je jedna od glavnih metoda za pripremu monokristalnog silicija. Sastav Czochralski monokristalne peći uključuje sustav peći, vakuumski sustav, plinski sustav, sustav toplinskog polja i električni sustav upravljanja. Sustav toplinskog polja jedan je od najvažnijih uvjeta za rast monokristalnog silicija, a na kvalitetu monokristalnog silicija izravno utječe distribucija temperaturnog gradijenta toplinskog polja.
Komponente toplinskog polja uglavnom se sastoje od ugljičnih materijala (grafitnih materijala i kompozitnih materijala ugljik/ugljik), koji se dijele na potporne dijelove, funkcionalne dijelove, grijaće elemente, zaštitne dijelove, materijale za toplinsku izolaciju itd., prema njihovim funkcijama, kao prikazano na slici 1. Kako se veličina monokristalnog silicija nastavlja povećavati, zahtjevi za veličinom komponenti toplinskog polja također rastu. Kompozitni materijali ugljik/ugljik postaju prvi izbor za materijale toplinskog polja za monokristalni silicij zbog svoje dimenzionalne stabilnosti i izvrsnih mehaničkih svojstava.
U procesu czochralcian monokristalnog silicija, taljenje silicijskog materijala proizvest će paru silicija i prskanje rastaljenog silicija, što će rezultirati silifikacijskom erozijom materijala toplinskog polja ugljik/ugljik, a mehanička svojstva i vijek trajanja materijala toplinskog polja ugljik/ugljik su ozbiljno pogođeni. Stoga je pitanje kako smanjiti silifikacijsku eroziju materijala za toplinsko polje ugljik/ugljik i produžiti njihov vijek trajanja postalo jedna od uobičajenih briga proizvođača monokristalnog silicija i proizvođača materijala za toplinsko polje ugljik/ugljik.Silicij karbidni premazje postao prvi izbor za površinsku zaštitu premaza ugljičnih/ugljičnih materijala toplinskog polja zbog svoje izvrsne otpornosti na toplinski udar i otpornosti na trošenje.
U ovom radu, polazeći od materijala toplinskog polja ugljik/ugljik koji se koriste u proizvodnji monokristalnog silicija, predstavljene su glavne metode pripreme, prednosti i nedostaci prevlake silicijevim karbidom. Na temelju toga, primjena i napredak istraživanja prevlake silicijevog karbida u materijalima toplinskog polja ugljik/ugljik pregledani su prema karakteristikama materijala toplinskog polja ugljik/ugljik, te prijedlozi i smjerovi razvoja za zaštitu površinskih premaza materijala toplinskog polja ugljik/ugljik se izlažu.
1 Tehnologija pripremepremaz od silicij karbida
1.1 Metoda ugradnje
Metoda ugradnje često se koristi za pripremu unutarnjeg premaza od silicijevog karbida u C/C-sic sustavu kompozitnog materijala. Ova metoda najprije koristi miješani prah za omotavanje kompozitnog materijala ugljik/ugljik, a zatim provodi toplinsku obradu na određenoj temperaturi. Niz složenih fizikalno-kemijskih reakcija događa se između pomiješanog praha i površine uzorka kako bi se stvorio premaz. Njegova prednost je u tome što je postupak jednostavan, samo jedan postupak može pripremiti guste matrične kompozitne materijale bez pukotina; Mala promjena veličine od predforme do konačnog proizvoda; Prikladno za bilo koju strukturu ojačanu vlaknima; Između premaza i podloge može se formirati određeni gradijent sastava koji se dobro kombinira s podlogom. Međutim, postoje i nedostaci, kao što je kemijska reakcija na visokoj temperaturi, koja može oštetiti vlakno, a mehanička svojstva ugljika/ugljične matrice opadaju. Ujednačenost premaza je teško kontrolirati, zbog faktora kao što je gravitacija, što čini premaz neravnomjernim.
1.2 Metoda premazivanja kašom
Metoda premazivanja kašom je miješanje materijala za premazivanje i veziva u smjesu, ravnomjerno nanošenje četkom na površinu matrice, nakon sušenja u inertnoj atmosferi, premazani uzorak se sinterira na visokoj temperaturi i može se dobiti željeni premaz. Prednosti su u tome što je postupak jednostavan i lak za rukovanje, a debljinu premaza lako kontrolirati; Nedostatak je što postoji slaba čvrstoća lijepljenja između premaza i podloge, otpornost premaza na toplinski udar je loša, a jednolikost premaza niska.
1.3 Metoda reakcije kemijske pare
Metoda kemijske parne reakcije (CVR) procesna je metoda koja isparava kruti materijal silicija u paru silicija na određenoj temperaturi, a zatim para silicija difundira u unutrašnjost i površinu matrice i reagira na licu mjesta s ugljikom u matrici da proizvede silicijev karbid. Njegove prednosti uključuju ujednačenu atmosferu u peći, dosljednu brzinu reakcije i debljinu taloženja premazanog materijala posvuda; Proces je jednostavan i lagan za rukovanje, a debljina premaza može se kontrolirati promjenom tlaka pare silicija, vremena taloženja i drugih parametara. Nedostatak je taj što na uzorak uvelike utječe položaj u peći, a tlak pare silicija u peći ne može doseći teoretsku jednolikost, što rezultira nejednakom debljinom premaza.
1.4 Metoda kemijskog taloženja iz pare
Kemijsko taloženje iz pare (CVD) je proces u kojem se ugljikovodici koriste kao izvor plina i N2/Ar visoke čistoće kao plin nosač za uvođenje miješanih plinova u reaktor s kemijskom parom, a ugljikovodici se razgrađuju, sintetiziraju, difuziraju, adsorbiraju i otapaju pod određena temperatura i tlak za stvaranje čvrstih filmova na površini kompozitnih materijala ugljik/ugljik. Njegova prednost je u tome što se gustoća i čistoća premaza mogu kontrolirati; Također je prikladan za radni komad složenijeg oblika; Kristalna struktura i morfologija površine proizvoda mogu se kontrolirati podešavanjem parametara taloženja. Nedostaci su u tome što je stopa taloženja preniska, proces je složen, troškovi proizvodnje su visoki i mogu postojati nedostaci premaza, kao što su pukotine, defekti mrežice i površinski defekti.
Ukratko, metoda ugradnje ograničena je na svoje tehnološke karakteristike, što je prikladno za razvoj i proizvodnju laboratorijskih i malih materijala; Metoda premazivanja nije prikladna za masovnu proizvodnju zbog loše konzistencije. CVR metoda može zadovoljiti masovnu proizvodnju proizvoda velikih dimenzija, ali ima veće zahtjeve za opremu i tehnologiju. CVD metoda je idealna metoda za pripremuSIC premaz, ali je njegova cijena veća od CVR metode zbog poteškoća u kontroli procesa.
Vrijeme objave: 22. veljače 2024