単結晶シリコン用カーボン/カーボン熱場材料におけるSiCコーティングの応用と研究の進展-1

太陽光発電は世界で最も有望な新エネルギー産業となっています。単結晶シリコンは、ポリシリコンやアモルファスシリコン太陽電池に比べ、太陽光発電材料として光電変換効率が高く、商業的優位性に優れており、太陽光発電の主流となっている。チョクラルスキー (CZ) は、単結晶シリコンを製造する主な方法の 1 つです。チョクラルスキー単結晶炉の構成には、炉システム、真空システム、ガスシステム、熱場システム、電気制御システムが含まれます。熱場システムは単結晶シリコンの成長にとって最も重要な条件の 1 つであり、単結晶シリコンの品質は熱場の温度勾配分布に直接影響されます。

熱場部品は主に炭素材料（黒鉛材料および炭素／炭素複合材料）で構成されており、その機能に応じて支持部、機能部、発熱体、保護部、断熱材などに分けられます。単結晶シリコンのサイズが増大し続けるにつれて、熱フィールドコンポーネントのサイズ要件も増大しています。炭素/炭素複合材料は、その寸法安定性と優れた機械的特性により、単結晶シリコンの熱場材料として第一の選択肢となります。

チョクラルシアン単結晶シリコンのプロセスでは、シリコン材料の溶融によってシリコン蒸気と溶融シリコンの飛沫が生成され、その結果、カーボン/カーボン熱場材料のケイ化浸食が発生し、カーボン/カーボン熱場材料の機械的特性と耐用年数が低下します。深刻な影響を受けています。したがって、カーボン/カーボン熱フィールド材料のケイ化浸食をどのように軽減し、その耐用年数を改善するかは、単結晶シリコン製造業者とカーボン/カーボン熱フィールド材料メーカーの共通の関心事の 1 つとなっています。炭化ケイ素コーティング優れた耐熱衝撃性と耐摩耗性により、カーボン/カーボン熱フィールド材料の表面コーティング保護の第一選択となっています。

この論文では、単結晶シリコンの製造に使用される炭素/炭素熱場材料から始めて、炭化ケイ素コーティングの主な調製方法、長所と短所を紹介します。これに基づいて、カーボン/カーボン熱フィールド材料における炭化ケイ素コーティングの応用と研究の進歩を、カーボン/カーボン熱フィールド材料の特性に応じてレビューし、カーボン/カーボン熱フィールド材料の表面コーティング保護に関する提案と開発の方向性をレビューします。が提案されます。

1 の調製技術炭化ケイ素コーティング

1.1 埋め込み方法

埋め込み法は、C/C-sic 複合材料系の炭化ケイ素の内部コーティングを準備するためによく使用されます。この方法は、まず混合粉末を用いて炭素／炭素複合材料を包み込み、一定の温度で熱処理を行う。混合粉末とサンプル表面の間で一連の複雑な物理化学反応が起こり、コーティングが形成されます。その利点は、プロセスが単純であり、単一のプロセスだけで緻密で亀裂のないマトリックス複合材料を調製できることです。プリフォームから最終製品までのサイズ変更が小さい。あらゆる繊維強化構造に適しています。コーティングと基材の間に特定の組成勾配を形成することができ、基材とよく結合します。ただし、高温での化学反応により繊維が損傷したり、カーボン/カーボンマトリックスの機械的特性が低下したりするなどの欠点もあります。重力などの要因によりコーティングの均一性を制御することが難しく、コーティングが不均一になってしまいます。

1.2 スラリー塗布法

スラリーコーティング法は、塗料とバインダーを混合し、マトリックスの表面に均一にブラシで塗布し、不活性雰囲気中で乾燥させた後、高温で焼結して必要な塗膜を得る方法です。利点は、プロセスがシンプルで操作が簡単で、コーティングの厚さを制御しやすいことです。欠点は、コーティングと基材との間の結合強度が弱く、コーティングの耐熱衝撃性が低く、コーティングの均一性が低いことである。

1.3 化学蒸気反応法

化学薬品の蒸気 反応(CVR) 固体シリコン原料を一定の温度で蒸発させてシリコン蒸気とし、そのシリコン蒸気をマトリックスの内部および表面に拡散させ、その場でマトリックス中の炭素と反応させて炭化ケイ素を生成するプロセス法です。その利点には、炉内の均一な雰囲気、どこでも一貫した反応速度、およびコーティングされた材料の堆積厚さが含まれます。このプロセスはシンプルで操作が簡単で、シリコン蒸気圧、堆積時間、その他のパラメータを変更することでコーティングの厚さを制御できます。欠点は、サンプルが炉内の位置に大きく影響され、炉内のシリコン蒸気圧が理論上の均一性に達せず、コーティングの厚さが不均一になることです。

1.4 化学蒸着法

化学気相成長 (CVD) は、炭化水素をガス源として、高純度の N2/Ar をキャリアガスとして使用して混合ガスを化学気相反応器に導入し、炭化水素を分解、合成、拡散、吸着、分解するプロセスです。特定の温度と圧力で炭素/炭素複合材料の表面に固体膜を形成します。その利点は、コーティングの密度と純度を制御できることです。お仕事にも最適です-より複雑な形状のピース。製品の結晶構造と表面形態は、蒸着パラメータを調整することで制御できます。欠点は、蒸着速度が遅すぎること、プロセスが複雑であること、製造コストが高いこと、そして亀裂、メッシュ欠陥、表面欠陥などのコーティング欠陥が発生する可能性があることです。

要約すると、埋め込み方法は、実験用材料や小型材料の開発と生産に適した技術的特性に限定されています。塗布法は均一性が悪く大量生産には不向きです。 CVR工法は大型製品の量産にも対応可能ですが、設備や技術への要求が高くなります。 CVD法は理想的な製造方法ですSICコーティングが、工程管理が難しいためCVR法に比べてコストが高くなります。