La produzione di energia solare fotovoltaica è diventata la nuova industria energetica più promettente al mondo. Rispetto alle celle solari in polisilicio e silicio amorfo, il silicio monocristallino, come materiale per la generazione di energia fotovoltaica, ha un'elevata efficienza di conversione fotoelettrica e eccezionali vantaggi commerciali ed è diventato la corrente principale della generazione di energia solare fotovoltaica. Czochralski (CZ) è uno dei principali metodi per preparare il silicio monocristallino. La composizione del forno monocristallino Czochralski comprende il sistema del forno, il sistema del vuoto, il sistema del gas, il sistema del campo termico e il sistema di controllo elettrico. Il sistema del campo termico è una delle condizioni più importanti per la crescita del silicio monocristallino e la qualità del silicio monocristallino è direttamente influenzata dalla distribuzione del gradiente di temperatura del campo termico.
I componenti del campo termico sono costituiti principalmente da materiali in carbonio (materiali in grafite e materiali compositi carbonio/carbonio), che si dividono in parti di supporto, parti funzionali, elementi riscaldanti, parti protettive, materiali di isolamento termico, ecc., a seconda delle loro funzioni, come mostrato nella Figura 1. Poiché le dimensioni del silicio monocristallino continuano ad aumentare, aumentano anche i requisiti dimensionali per i componenti del campo termico. I materiali compositi carbonio/carbonio diventano la prima scelta come materiali per campo termico per il silicio monocristallino grazie alla sua stabilità dimensionale e alle eccellenti proprietà meccaniche.
Nel processo del silicio monocristallino cecocralico, la fusione del materiale di silicio produrrà vapore di silicio e spruzzi di silicio fuso, con conseguente erosione da silicizzazione dei materiali del campo termico in carbonio/carbonio, e le proprietà meccaniche e la durata di servizio dei materiali del campo termico in carbonio/carbonio sono gravemente colpito. Pertanto, come ridurre l'erosione da silicizzazione dei materiali del campo termico in carbonio/carbonio e migliorarne la durata è diventata una delle preoccupazioni comuni dei produttori di silicio monocristallino e dei produttori di materiali del campo termico in carbonio/carbonio.Rivestimento in carburo di silicioè diventata la prima scelta per la protezione del rivestimento superficiale dei materiali in campo termico in carbonio/carbonio grazie alla sua eccellente resistenza allo shock termico e all'usura.
In questo articolo, partendo dai materiali del campo termico carbonio/carbonio utilizzati nella produzione di silicio monocristallino, vengono introdotti i principali metodi di preparazione, vantaggi e svantaggi del rivestimento in carburo di silicio. Su questa base, l'applicazione e il progresso della ricerca del rivestimento in carburo di silicio nei materiali del campo termico in carbonio/carbonio vengono esaminati in base alle caratteristiche dei materiali del campo termico in carbonio/carbonio, nonché suggerimenti e indicazioni di sviluppo per la protezione del rivestimento superficiale dei materiali del campo termico in carbonio/carbonio. vengono proposti.
1 Tecnologia di preparazione dirivestimento in carburo di silicio
1.1 Metodo di incorporamento
Il metodo di inclusione viene spesso utilizzato per preparare il rivestimento interno di carburo di silicio nei sistemi di materiali compositi C/C-sic. Questo metodo utilizza innanzitutto polvere mista per avvolgere il materiale composito carbonio/carbonio, quindi esegue il trattamento termico a una determinata temperatura. Una serie di complesse reazioni fisico-chimiche si verificano tra la polvere miscelata e la superficie del campione per formare il rivestimento. Il suo vantaggio è che il processo è semplice, solo un singolo processo può preparare materiali compositi a matrice densa e priva di crepe; Cambio di piccole dimensioni dalla preforma al prodotto finale; Adatto a qualsiasi struttura fibrorinforzata; Tra il rivestimento e il substrato si può formare un certo gradiente di composizione, che si combina bene con il substrato. Esistono però anche degli svantaggi, come la reazione chimica ad alta temperatura, che può danneggiare la fibra, e il deterioramento delle proprietà meccaniche del carbonio/matrice di carbonio. L'uniformità del rivestimento è difficile da controllare, a causa di fattori come la gravità, che rende il rivestimento non uniforme.
1.2 Metodo di rivestimento con impasto liquido
Il metodo di rivestimento con impasto liquido consiste nel mescolare il materiale di rivestimento e il legante in una miscela, spazzolare uniformemente la superficie della matrice, dopo l'essiccazione in un'atmosfera inerte, il campione rivestito viene sinterizzato ad alta temperatura ed è possibile ottenere il rivestimento richiesto. I vantaggi sono che il processo è semplice e facile da usare e lo spessore del rivestimento è facile da controllare; Lo svantaggio è che la forza di adesione tra il rivestimento e il substrato è scarsa, la resistenza allo shock termico del rivestimento è scarsa e l'uniformità del rivestimento è bassa.
1.3 Metodo di reazione chimica al vapore
Il metodo della reazione chimica al vapore (CVR) è un metodo di processo che fa evaporare il materiale solido di silicio in vapore di silicio a una determinata temperatura, quindi il vapore di silicio si diffonde all'interno e sulla superficie della matrice e reagisce in situ con il carbonio nella matrice per produrre carburo di silicio. I suoi vantaggi includono un'atmosfera uniforme nel forno, una velocità di reazione costante e uno spessore di deposizione del materiale rivestito ovunque; Il processo è semplice e facile da usare e lo spessore del rivestimento può essere controllato modificando la pressione del vapore di silicio, il tempo di deposizione e altri parametri. Lo svantaggio è che il campione è fortemente influenzato dalla posizione nel forno e la pressione del vapore di silicio nel forno non può raggiungere l'uniformità teorica, con conseguente spessore del rivestimento irregolare.
1.4 Metodo di deposizione chimica da vapore
La deposizione chimica in fase vapore (CVD) è un processo in cui gli idrocarburi vengono utilizzati come fonte di gas e N2/Ar ad elevata purezza come gas vettore per introdurre gas misti in un reattore a vapore chimico e gli idrocarburi vengono decomposti, sintetizzati, diffusi, adsorbiti e risolti sotto determinate temperature e pressioni per formare pellicole solide sulla superficie dei materiali compositi carbonio/carbonio. Il suo vantaggio è che è possibile controllare la densità e la purezza del rivestimento; È adatto anche per pezzi con forma più complessa; La struttura cristallina e la morfologia superficiale del prodotto possono essere controllate regolando i parametri di deposizione. Gli svantaggi sono che il tasso di deposizione è troppo basso, il processo è complesso, il costo di produzione è elevato e potrebbero esserci difetti di rivestimento, come crepe, difetti di rete e difetti superficiali.
In sintesi, il metodo di inclusione è limitato alle sue caratteristiche tecnologiche, che è adatto allo sviluppo e alla produzione di materiali di laboratorio e di piccole dimensioni; Il metodo di rivestimento non è adatto alla produzione di massa a causa della sua scarsa consistenza. Il metodo CVR può soddisfare la produzione di massa di prodotti di grandi dimensioni, ma presenta requisiti più elevati in termini di attrezzature e tecnologia. Il metodo CVD è un metodo ideale per la preparazioneRivestimento SIC, ma il suo costo è superiore rispetto al metodo CVR a causa della sua difficoltà nel controllo del processo.
Orario di pubblicazione: 22 febbraio 2024