Solenergiproduksjon har blitt verdens mest lovende nye energiindustri. Sammenlignet med solceller av polysilisium og amorft silisium, har monokrystallinsk silisium, som et fotovoltaisk kraftproduksjonsmateriale, høy fotoelektrisk konverteringseffektivitet og enestående kommersielle fordeler, og har blitt hovedstrømmen av solenergiproduksjon. Czochralski (CZ) er en av hovedmetodene for å fremstille monokrystallinsk silisium. Sammensetningen av Czochralski monokrystallinsk ovn inkluderer ovnsystem, vakuumsystem, gasssystem, termisk feltsystem og elektrisk kontrollsystem. Det termiske feltsystemet er en av de viktigste betingelsene for vekst av monokrystallinsk silisium, og kvaliteten på monokrystallinsk silisium påvirkes direkte av temperaturgradientfordelingen til det termiske feltet.
De termiske feltkomponentene er hovedsakelig sammensatt av karbonmaterialer (grafittmaterialer og karbon/karbonkomposittmaterialer), som er delt inn i støttedeler, funksjonelle deler, varmeelementer, beskyttende deler, varmeisolasjonsmaterialer, etc., i henhold til deres funksjoner, som vist i figur 1. Ettersom størrelsen på monokrystallinsk silisium fortsetter å øke, øker også størrelseskravene til termiske feltkomponenter. Karbon/karbon-komposittmaterialer blir førstevalget for termiske feltmaterialer for monokrystallinsk silisium på grunn av dets dimensjonsstabilitet og utmerkede mekaniske egenskaper.
I prosessen med czochralcian monokrystallinsk silisium vil smeltingen av silisiummateriale produsere silisiumdamp og smeltet silisiumsprut, noe som resulterer i silisifiseringserosjon av karbon/karbon termiske feltmaterialer, og de mekaniske egenskapene og levetiden til karbon/karbon termiske feltmaterialer er alvorlig rammet. Derfor har det blitt en av de vanlige bekymringene for produsenter av monokrystallinsk silisium og produsenter av karbon/karbon termiske feltmaterialer for å redusere silisifiseringserosjonen av karbon/karbon termiske feltmaterialer og forbedre deres levetid.Silisiumkarbidbelegghar blitt førstevalget for overflatebeleggbeskyttelse av karbon/karbon termiske feltmaterialer på grunn av sin utmerkede termiske støtmotstand og slitestyrke.
I denne artikkelen, med utgangspunkt i karbon/karbon termiske feltmaterialer som brukes i monokrystallinsk silisiumproduksjon, introduseres de viktigste fremstillingsmetodene, fordelene og ulempene med silisiumkarbidbelegg. På dette grunnlaget blir anvendelsen og forskningsfremgangen for silisiumkarbidbelegg i karbon/karbon termiske feltmaterialer gjennomgått i henhold til egenskapene til karbon/karbon termiske feltmaterialer, og forslag og utviklingsretninger for overflatebeleggbeskyttelse av karbon/karbon termiske feltmaterialer legges frem.
1 Forberedelse teknologi avsilisiumkarbidbelegg
1.1 Innbyggingsmetode
Innstøpingsmetoden brukes ofte til å forberede det indre belegget av silisiumkarbid i C/C-sic komposittmaterialsystem. Denne metoden bruker først blandet pulver for å pakke inn karbon/karbonkomposittmaterialet, og utfører deretter varmebehandling ved en viss temperatur. En rekke komplekse fysisk-kjemiske reaksjoner oppstår mellom det blandede pulveret og overflaten av prøven for å danne belegget. Dens fordel er at prosessen er enkel, bare en enkelt prosess kan tilberede tette, sprekkfrie matrisekomposittmaterialer; Liten størrelsesendring fra preform til sluttprodukt; Egnet for enhver fiberforsterket struktur; En viss sammensetningsgradient kan dannes mellom belegget og substratet, som er godt kombinert med substratet. Det er imidlertid også ulemper, slik som den kjemiske reaksjonen ved høy temperatur, som kan skade fiberen, og de mekaniske egenskapene til karbon/karbonmatrisen går ned. Ensartetheten til belegget er vanskelig å kontrollere, på grunn av faktorer som tyngdekraften, som gjør belegget ujevnt.
1.2 Oppslemningsmetode
Slurrybeleggingsmetoden er å blande beleggsmaterialet og bindemidlet til en blanding, jevnt pensel på overflaten av matrisen, etter tørking i en inert atmosfære, sintres den belagte prøven ved høy temperatur, og det nødvendige belegget kan oppnås. Fordelene er at prosessen er enkel og lett å betjene, og beleggtykkelsen er lett å kontrollere; Ulempen er at det er dårlig bindingsstyrke mellom belegget og underlaget, og den termiske støtmotstanden til belegget er dårlig, og jevnheten til belegget er lav.
1.3 Kjemisk dampreaksjonsmetode
Kjemisk damp reaksjon(CVR) metode er en prosessmetode som fordamper fast silisiummateriale til silisiumdamp ved en viss temperatur, og deretter diffunderer silisiumdampen inn i matrisens indre og overflate, og reagerer in situ med karbon i matrisen for å produsere silisiumkarbid. Dens fordeler inkluderer jevn atmosfære i ovnen, konsistent reaksjonshastighet og avsetningstykkelse på belagt materiale overalt; Prosessen er enkel og lett å betjene, og beleggtykkelsen kan kontrolleres ved å endre silisiumdamptrykket, avsetningstid og andre parametere. Ulempen er at prøven er sterkt påvirket av posisjonen i ovnen, og silisiumdamptrykket i ovnen kan ikke nå den teoretiske jevnheten, noe som resulterer i ujevn beleggtykkelse.
1.4 Kjemisk dampavsetningsmetode
Kjemisk dampavsetning (CVD) er en prosess der hydrokarboner brukes som gasskilde og N2/Ar med høy renhet som bæregass for å introdusere blandede gasser i en kjemisk dampreaktor, og hydrokarbonene spaltes, syntetiseres, diffunderes, adsorberes og løses opp under viss temperatur og trykk for å danne faste filmer på overflaten av karbon/karbon-komposittmaterialer. Dens fordel er at tettheten og renheten til belegget kan kontrolleres; Den egner seg også til jobb-stykke med mer kompleks form; Krystallstrukturen og overflatemorfologien til produktet kan kontrolleres ved å justere avsetningsparametrene. Ulempene er at avsetningshastigheten er for lav, prosessen er kompleks, produksjonskostnaden er høy, og det kan være beleggsfeil, som sprekker, maskedefekter og overflatedefekter.
Oppsummert er innbyggingsmetoden begrenset til dens teknologiske egenskaper, som er egnet for utvikling og produksjon av laboratorie- og små materialer; Belegningsmetoden er ikke egnet for masseproduksjon på grunn av dens dårlige konsistens. CVR-metoden kan møte masseproduksjon av store produkter, men den har høyere krav til utstyr og teknologi. CVD-metoden er en ideell metode for å forberedeSIC belegg, men kostnadene er høyere enn CVR-metoden på grunn av vanskelighetene med prosesskontroll.
Innleggstid: 22. februar 2024