Pembangkit listrik tenaga surya fotovoltaik telah menjadi industri energi baru yang paling menjanjikan di dunia. Dibandingkan dengan sel surya polisilikon dan silikon amorf, silikon monokristalin, sebagai bahan pembangkit listrik fotovoltaik, memiliki efisiensi konversi fotolistrik yang tinggi dan keunggulan komersial yang luar biasa, dan telah menjadi arus utama pembangkit listrik fotovoltaik surya. Czochralski (CZ) adalah salah satu metode utama untuk menyiapkan silikon monokristalin. Komposisi tungku monokristalin Czochralski meliputi sistem tungku, sistem vakum, sistem gas, sistem medan termal, dan sistem kontrol listrik. Sistem medan termal adalah salah satu kondisi terpenting untuk pertumbuhan silikon monokristalin, dan kualitas silikon monokristalin secara langsung dipengaruhi oleh distribusi gradien suhu medan termal.
Komponen medan termal terutama terdiri dari bahan karbon (bahan grafit dan bahan komposit karbon/karbon), yang dibagi menjadi bagian pendukung, bagian fungsional, elemen pemanas, bagian pelindung, bahan insulasi termal, dll., sesuai dengan fungsinya, sebagai ditunjukkan pada Gambar 1. Ketika ukuran silikon monokristalin terus meningkat, persyaratan ukuran untuk komponen medan termal juga meningkat. Material komposit karbon/karbon menjadi pilihan pertama material medan termal untuk silikon monokristalin karena stabilitas dimensi dan sifat mekaniknya yang sangat baik.
Dalam proses silikon monokristalin czochralcian, peleburan bahan silikon akan menghasilkan uap silikon dan percikan silikon cair, yang mengakibatkan erosi silisifikasi bahan medan termal karbon/karbon, dan sifat mekanik serta masa pakai bahan medan termal karbon/karbon adalah terkena dampak serius. Oleh karena itu, cara mengurangi erosi silisifikasi bahan medan termal karbon/karbon dan meningkatkan masa pakainya telah menjadi salah satu perhatian umum produsen silikon monokristalin dan produsen bahan medan termal karbon/karbon.Lapisan silikon karbidatelah menjadi pilihan pertama untuk perlindungan lapisan permukaan bahan medan termal karbon/karbon karena ketahanan guncangan termal dan ketahanan ausnya yang sangat baik.
Dalam makalah ini, mulai dari bahan medan termal karbon/karbon yang digunakan dalam produksi silikon monokristalin, diperkenalkan metode persiapan utama, kelebihan dan kekurangan lapisan silikon karbida. Atas dasar ini, kemajuan penerapan dan penelitian pelapisan silikon karbida pada material medan termal karbon/karbon ditinjau sesuai dengan karakteristik material medan termal karbon/karbon, serta saran dan arah pengembangan untuk perlindungan pelapisan permukaan material medan termal karbon/karbon. diajukan.
1 Teknologi persiapanlapisan silikon karbida
1.1 Metode penyematan
Metode penyematan sering digunakan untuk menyiapkan lapisan dalam silikon karbida dalam sistem material komposit C/ C-sic. Cara ini terlebih dahulu menggunakan campuran serbuk untuk membungkus material komposit karbon/karbon, kemudian dilakukan perlakuan panas pada suhu tertentu. Serangkaian reaksi fisika-kimia yang kompleks terjadi antara bubuk campuran dan permukaan sampel untuk membentuk lapisan. Keuntungannya adalah prosesnya sederhana, hanya satu proses yang dapat menyiapkan material komposit matriks padat dan bebas retak; Perubahan ukuran kecil dari bentuk awal menjadi produk akhir; Cocok untuk struktur yang diperkuat serat apa pun; Gradien komposisi tertentu dapat terbentuk antara lapisan dan substrat, yang berpadu dengan baik dengan substrat. Namun ada juga kelemahannya, seperti reaksi kimia pada suhu tinggi yang dapat merusak serat, dan sifat mekanik karbon/matriks karbon menurun. Keseragaman lapisan sulit dikendalikan, karena faktor seperti gravitasi yang membuat lapisan tidak rata.
1.2 Metode pelapisan bubur
Metode pelapisan bubur adalah dengan mencampurkan bahan pelapis dan pengikat ke dalam suatu campuran, mengoleskan secara merata pada permukaan matriks, setelah dikeringkan dalam atmosfer inert, spesimen yang dilapisi disinter pada suhu tinggi, dan lapisan yang diperlukan dapat diperoleh. Keuntungannya adalah prosesnya sederhana dan mudah dioperasikan, serta ketebalan lapisan mudah dikontrol; Kerugiannya adalah kekuatan ikatan antara lapisan dan substrat buruk, ketahanan guncangan termal lapisan buruk, dan keseragaman lapisan rendah.
1.3 Metode reaksi uap kimia
Metode reaksi uap kimia (CVR) adalah metode proses yang menguapkan bahan silikon padat menjadi uap silikon pada suhu tertentu, kemudian uap silikon tersebut berdifusi ke bagian dalam dan permukaan matriks, dan bereaksi in situ dengan karbon dalam matriks menghasilkan silikon karbida. Keunggulannya meliputi atmosfer yang seragam di dalam tungku, laju reaksi yang konsisten, dan ketebalan pengendapan bahan yang dilapisi di mana-mana; Prosesnya sederhana dan mudah dioperasikan, dan ketebalan lapisan dapat dikontrol dengan mengubah tekanan uap silikon, waktu deposisi, dan parameter lainnya. Kerugiannya adalah sampel sangat dipengaruhi oleh posisi di dalam tungku, dan tekanan uap silikon di dalam tungku tidak dapat mencapai keseragaman teoritis, sehingga ketebalan lapisan tidak merata.
1.4 Metode pengendapan uap kimia
Deposisi uap kimia (CVD) adalah proses di mana hidrokarbon digunakan sebagai sumber gas dan N2/Ar dengan kemurnian tinggi sebagai gas pembawa untuk memasukkan gas campuran ke dalam reaktor uap kimia, dan hidrokarbon diurai, disintesis, disebarkan, diadsorpsi, dan diselesaikan di bawah suhu dan tekanan tertentu untuk membentuk lapisan padat pada permukaan material komposit karbon/karbon. Keuntungannya adalah kepadatan dan kemurnian lapisan dapat dikontrol; Cocok juga untuk benda kerja dengan bentuk yang lebih kompleks; Struktur kristal dan morfologi permukaan produk dapat dikontrol dengan menyesuaikan parameter pengendapan. Kerugiannya adalah laju deposisi terlalu rendah, prosesnya rumit, biaya produksinya tinggi, dan mungkin terdapat cacat lapisan, seperti retak, cacat jaring, dan cacat permukaan.
Singkatnya, metode penyematan terbatas pada karakteristik teknologinya, yang cocok untuk pengembangan dan produksi laboratorium dan material berukuran kecil; Metode pelapisan tidak cocok untuk produksi massal karena konsistensinya yang buruk. Metode CVR dapat memenuhi produksi massal produk berukuran besar, namun memiliki persyaratan peralatan dan teknologi yang lebih tinggi. Metode CVD adalah metode persiapan yang idealLapisan SIC, namun biayanya lebih tinggi dibandingkan metode CVR karena kesulitannya dalam pengendalian proses.
Waktu posting: 22 Februari 2024