Generarea de energie solară fotovoltaică a devenit cea mai promițătoare industrie de energie nouă din lume. În comparație cu polisiliciul și celulele solare cu siliciu amorf, siliciul monocristalin, ca material de generare a energiei fotovoltaice, are o eficiență ridicată de conversie fotoelectrică și avantaje comerciale remarcabile și a devenit curentul principal al generării de energie solară fotovoltaică. Czochralski (CZ) este una dintre principalele metode de preparare a siliciului monocristalin. Compoziția cuptorului monocristalin Czochralski include sistemul de cuptor, sistemul de vid, sistemul de gaz, sistemul de câmp termic și sistemul de control electric. Sistemul de câmp termic este una dintre cele mai importante condiții pentru creșterea siliciului monocristalin, iar calitatea siliciului monocristalin este direct afectată de distribuția gradientului de temperatură a câmpului termic.
Componentele câmpului termic sunt compuse în principal din materiale carbonice (materiale grafit și materiale compozite carbon/carbon), care sunt împărțite în părți suport, părți funcționale, elemente de încălzire, părți de protecție, materiale termoizolante etc., în funcție de funcțiile lor, ca prezentată în Figura 1. Pe măsură ce dimensiunea siliciului monocristalin continuă să crească, cerințele de dimensiune pentru componentele câmpului termic cresc și ele. Materialele compozite carbon/carbon devin prima alegere pentru materialele de câmp termic pentru siliciul monocristalin datorită stabilității dimensionale și proprietăților mecanice excelente.
În procesul de siliciu monocristalin czochralcian, topirea materialului de siliciu va produce vapori de siliciu și stropi de siliciu topit, ducând la eroziunea prin silicificare a materialelor din câmpul termic carbon/carbon, iar proprietățile mecanice și durata de viață a materialelor din câmpul termic carbon/carbon sunt grav afectat. Prin urmare, cum să reduceți eroziunea prin silicificare a materialelor din câmpul termic carbon/carbon și să îmbunătățiți durata de viață a acestora a devenit una dintre preocupările comune ale producătorilor de siliciu monocristalin și ale producătorilor de materiale din câmpul termic carbon/carbon.Acoperire cu carbură de siliciua devenit prima alegere pentru protecția acoperirii suprafețelor materialelor din câmpul termic carbon/carbon datorită rezistenței sale excelente la șocuri termice și rezistenței la uzură.
În această lucrare, pornind de la materialele din câmpul termic carbon/carbon utilizate în producția de siliciu monocristalin, sunt introduse principalele metode de preparare, avantajele și dezavantajele acoperirii cu carbură de siliciu. Pe această bază, aplicarea și progresul cercetării acoperirii cu carbură de siliciu în materialele din câmpul termic carbon/carbon sunt revizuite în funcție de caracteristicile materialelor din câmpul termic carbon/carbon și sugestii și direcții de dezvoltare pentru protecția acoperirii suprafeței materialelor din câmpul termic carbon/carbon. sunt prezentate.
1 Tehnologia de preparare aacoperire cu carbură de siliciu
1.1 Metoda de încorporare
Metoda de încorporare este adesea folosită pentru a pregăti stratul interior de carbură de siliciu în sistemul de material compozit C/C-sic. Această metodă folosește mai întâi pulbere amestecată pentru a înveli materialul compozit carbon/carbon și apoi efectuează un tratament termic la o anumită temperatură. Între pulberea amestecată și suprafața probei au loc o serie de reacții fizico-chimice complexe pentru a forma acoperirea. Avantajul său este că procesul este simplu, doar un singur proces poate pregăti materiale compozite cu matrice dense, fără fisuri; Modificare mică a dimensiunii de la preformă la produsul final; Potrivit pentru orice structură armată cu fibre; Între acoperire și substrat se poate forma un anumit gradient de compoziție, care este bine combinat cu substratul. Cu toate acestea, există și dezavantaje, cum ar fi reacția chimică la temperatură ridicată, care poate deteriora fibra și proprietățile mecanice ale matricei de carbon/carbon scad. Uniformitatea acoperirii este greu de controlat, din cauza unor factori precum gravitația, care face ca acoperirea să fie neuniformă.
1.2 Metoda de acoperire cu șlam
Metoda de acoperire cu suspensie este de a amesteca materialul de acoperire și liantul într-un amestec, peria uniform pe suprafața matricei, după uscare într-o atmosferă inertă, specimenul acoperit este sinterizat la temperatură ridicată și se poate obține acoperirea necesară. Avantajele sunt că procesul este simplu și ușor de operat, iar grosimea acoperirii este ușor de controlat; Dezavantajul este că există o rezistență slabă de aderență între acoperire și substrat, iar rezistența la șoc termic a acoperirii este slabă, iar uniformitatea acoperirii este scăzută.
1.3 Metoda de reacție chimică a vaporilor
Metoda de reacție chimică a vaporilor (CVR) este o metodă de proces care evaporă materialul solid de siliciu în vapori de siliciu la o anumită temperatură, iar apoi vaporii de siliciu difuzează în interiorul și suprafața matricei și reacționează in situ cu carbonul din matrice pentru a produce carbură de siliciu. Avantajele sale includ atmosfera uniformă în cuptor, viteza de reacție constantă și grosimea de depunere a materialului acoperit peste tot; Procesul este simplu și ușor de operat, iar grosimea acoperirii poate fi controlată prin modificarea presiunii vaporilor de siliciu, a timpului de depunere și a altor parametri. Dezavantajul este că proba este foarte afectată de poziția în cuptor, iar presiunea vaporilor de siliciu în cuptor nu poate atinge uniformitatea teoretică, rezultând o grosime neuniformă a stratului.
1.4 Metoda de depunere chimică în vapori
Depunerea chimică în vapori (CVD) este un proces în care hidrocarburile sunt utilizate ca sursă de gaz și N2/Ar de înaltă puritate ca gaz purtător pentru a introduce gaze amestecate într-un reactor chimic de vapori, iar hidrocarburile sunt descompuse, sintetizate, difuzate, adsorbite și dizolvate sub anumită temperatură și presiune pentru a forma pelicule solide pe suprafața materialelor compozite carbon/carbon. Avantajul său este că densitatea și puritatea acoperirii pot fi controlate; Este, de asemenea, potrivit pentru piese de prelucrat cu o formă mai complexă; Structura cristalină și morfologia suprafeței produsului pot fi controlate prin ajustarea parametrilor de depunere. Dezavantajele sunt că rata de depunere este prea mică, procesul este complex, costul de producție este ridicat și pot exista defecte de acoperire, cum ar fi fisuri, defecte ale ochiurilor și defecte de suprafață.
Pe scurt, metoda de încorporare se limitează la caracteristicile sale tehnologice, care este potrivită pentru dezvoltarea și producerea de materiale de laborator și de dimensiuni mici; Metoda de acoperire nu este potrivită pentru producția de masă din cauza consistenței sale slabe. Metoda CVR poate satisface producția în masă de produse de dimensiuni mari, dar are cerințe mai mari pentru echipamente și tehnologie. Metoda CVD este o metodă ideală de pregătireAcoperire SIC, dar costul său este mai mare decât metoda CVR din cauza dificultății sale în controlul procesului.
Ora postării: 22-feb-2024