חומרי שדה תרמיים מיינסטרים: חומרים מרוכבים C/C

פחמן-פחמן מרוכביםהם סוג של חומרים מרוכבים של סיבי פחמן, עם סיבי פחמן כחומר החיזוק ופחמן מושקע כחומר המטריצה. המטריצה ​​שלחומרים מרוכבים C/C הם פחמן. מכיוון שהוא מורכב כמעט כולו מפחמן יסודי, יש לו עמידות מצוינת לטמפרטורה גבוהה והוא יורש את התכונות המכניות החזקות של סיבי פחמן. זה כבר תועש בתחום הביטחוני קודם לכן.

אזורי יישום:
חומרים מרוכבים C/Cממוקמים באמצע השרשרת התעשייתית, והמעלה כולל ייצור סיבי פחמן וייצור פרפורמים, ושדות היישום במורד הזרם רחבים יחסית.חומרים מרוכבים C/Cמשמשים בעיקר כחומרים עמידים בחום, חומרי חיכוך וחומרים בעלי ביצועים מכניים גבוהים. הם משמשים בתעופה וחלל (בטנות גרון חרירי רקטות, חומרי הגנה תרמית וחלקי מבנה תרמיים של המנוע), חומרי בלמים (מסילה מהירה, דיסקי בלמים למטוסים), שדות תרמיים פוטו-וולטאיים (חביות בידוד, כור היתוך, צינורות מובילים ורכיבים אחרים), גופים ביולוגיים (עצמות מלאכותיות) ותחומים אחרים. כרגע, ביתיחומרים מרוכבים C/Cחברות מתמקדות בעיקר בקישור היחיד של חומרים מרוכבים ומתרחבות לכיוון ה-preform במעלה הזרם.

לחומרים מרוכבים C/C יש ביצועים מקיפים מעולים, עם צפיפות נמוכה, חוזק סגולי גבוה, מודול סגולי גבוה, מוליכות תרמית גבוהה, מקדם התפשטות תרמית נמוך, קשיחות טובה לשברים, עמידות בפני שחיקה, עמידות אבלציה וכו'. בפרט, בניגוד לחומרים אחרים, החוזק של חומרים מרוכבים C/C לא יקטן אך עשוי לגדול עם עליית הטמפרטורה. זהו חומר עמיד בחום מצוין, ולכן הוא תועש לראשונה בספינות גרון רקטות.

חומר מרוכב C/C יורש את התכונות המכניות המצוינות ואת תכונות העיבוד של סיבי פחמן, ויש לו עמידות בחום ועמידות בפני קורוזיה של גרפיט, והפך למתחרה חזק של מוצרי גרפיט. במיוחד בתחום היישום עם דרישות חוזק גבוהות - שדה תרמי פוטו-וולטאי, העלות-תועלת והבטיחות של חומרים מרוכבים C/C הופכות יותר ויותר בולטות מתחת לפרוסות הסיליקון בקנה מידה גדול, וזה הפך לדרישה נוקשה. להיפך, הגרפיט הפך לתוסף לחומרים מרוכבים C/C בשל יכולת ייצור מוגבלת בצד ההיצע.

יישום שדה תרמי פוטו-וולטאי:
השדה התרמי הוא כל המערכת לשמירה על צמיחת סיליקון חד גבישי או ייצור מטילי סיליקון רב גבישי בטמפרטורה מסוימת. הוא ממלא תפקיד מפתח בטוהר, באחידות ובאיכויות אחרות של סיליקון חד גבישי וסיליקון רב גבישי, ושייך לקצה הקדמי של תעשיית ייצור הסיליקון הגבישי. ניתן לחלק את השדה התרמי למערכת השדה התרמי של תנור משיכת גביש חד-גבישי סיליקון ומערכת השדה התרמי של תנור מטיל רב גבישי לפי סוג המוצר. מכיוון שלתאים סיליקון חד-גבישיים יש יעילות המרה גבוהה יותר מתאי סיליקון רב-גבישי, נתח השוק של פרוסות סיליקון חד-גבישיות ממשיך לעלות, בעוד שנתח השוק של פרוסות סיליקון רב-גבישי בארצי יורד משנה לשנה, מ-32.5% ב-2019 ל-9.3% בשנת 2020. לכן, יצרני שדות תרמיים משתמשים בעיקר בשדה התרמי מסלול טכנולוגי של תנורי משיכת גביש יחיד.

איור 2: שדה תרמי בשרשרת ייצור הסיליקון הגבישי

השדה התרמי מורכב מיותר מתריסר רכיבים, וארבעת מרכיבי הליבה הם כור ההיתוך, צינור ההדרכה, גליל הבידוד והמחמם. לרכיבים שונים יש דרישות שונות לתכונות החומר. האיור שלהלן הוא דיאגרמה סכמטית של השדה התרמי של סיליקון גביש יחיד. כור ההיתוך, צינור המנחה וגליל הבידוד הם החלקים המבניים של מערכת השדות התרמיים. תפקיד הליבה שלהם הוא לתמוך בכל השדה התרמי בטמפרטורה גבוהה, ויש להם דרישות גבוהות לצפיפות, חוזק ומוליכות תרמית. המחמם הוא גוף חימום ישיר בשדה התרמי. תפקידו לספק אנרגיה תרמית. הוא בדרך כלל עמיד, ולכן יש לו דרישות גבוהות יותר להתנגדות החומר.