主流の熱分野材料：C/Cコンポジット材料

炭素-炭素複合材料は炭素繊維複合材の一種で、強化材として炭素繊維、マトリックス材として蒸着炭素を使用します。の行列C/Cコンポジットはカーボンです。ほぼ炭素単体で構成されているため、高温耐性に優れ、炭素繊維の強力な機械的特性を継承しています。防衛分野で早くから産業化されている。

応用分野:

C/Cコンポジット材料は産業チェーンの中間に位置し、上流には炭素繊維やプリフォームの製造が含まれ、下流の応用分野は比較的広いです。C/Cコンポジット材料主に耐熱材料、摩擦材料、高機械性能材料として使用されます。これらは、航空宇宙（ロケットノズルスロートライニング、熱保護材料およびエンジン熱構造部品）、ブレーキ材料（高速鉄道、航空機ブレーキディスク）、太陽光発電熱分野（断熱バレル、るつぼ、ガイドチューブおよびその他のコンポーネント）、生体（人工骨）などの分野。現在、国内では、C/Cコンポジット材料企業は主に複合材料の単一リンクに焦点を当てており、上流のプリフォーム方向にまで拡張しています。

C/Cコンポジット材料は、低密度、高比強度、高比弾性率、高熱伝導率、低熱膨張係数、良好な破壊靱性、耐摩耗性、耐摩耗性など、優れた総合性能を持っています。特に、他の材料とは異なり、 C/C 複合材料の強度は温度の上昇とともに低下することはなく、増加する可能性があります。耐熱性に優れた素材であるため、ロケットのスロートライナーとして初めて工業化されました。

C/Cコンポジット材料は、炭素繊維の優れた機械的特性と加工特性を継承し、黒鉛の耐熱性と耐食性を兼ね備えており、黒鉛製品の強力な競争相手となっています。特に高強度が要求される応用分野である太陽光発電分野では、大型シリコンウェーハの下でC/Cコンポジット材料の費用対効果と安全性がますます顕著になり、厳しい要求となっています。逆に、黒鉛は供給側の生産能力が限られているため、C/C複合材料の補助的な役割を果たしています。

太陽光発電熱場の応用:

熱場は、単結晶シリコンの成長または多結晶シリコンインゴットの製造を一定の温度に維持するためのシステム全体です。単結晶シリコンおよび多結晶シリコンの純度、均一性などの品質に重要な役割を果たしており、結晶シリコン製造業界のフロントエンドに属します。熱場は製品の種類により単結晶シリコン単結晶引き上げ炉の熱場方式と多結晶インゴット炉の熱場方式に分けられます。単結晶シリコンセルは多結晶シリコンセルよりも変換効率が高いため、単結晶シリコンウェーハの市場シェアは増加し続けていますが、我が国の多結晶シリコンウェーハの市場シェアは2019年の32.5%から9.3%まで年々減少しています。したがって、熱分野メーカーは主に単結晶引き上げ炉の熱分野技術ルートを使用しています。

図 2: 結晶シリコン製造産業チェーンにおける熱場

熱場は十数のコンポーネントで構成されており、その中核となるコンポーネントはるつぼ、ガイド チューブ、断熱シリンダー、ヒーターの 4 つです。コンポーネントが異なれば、材料特性に対する要件も異なります。下の図は単結晶シリコンの熱場の模式図です。るつぼ、ガイドチューブ、断熱シリンダーは熱場システムの構造部品です。その中心的な機能は、高温の熱場全体をサポートすることであり、密度、強度、熱伝導率に対して高い要件があります。ヒーターは熱場の直接加熱要素です。その機能は熱エネルギーを提供することです。一般に抵抗性があるため、材料の抵抗率に対してより高い要件が求められます。