Proizvodnja sončne fotonapetostne energije je postala najbolj obetavna nova energetska industrija na svetu. V primerjavi s polisilicijevimi in amorfnimi silicijevimi sončnimi celicami ima monokristalni silicij kot fotonapetostni material za proizvodnjo energije visoko učinkovitost fotoelektrične pretvorbe in izjemne komercialne prednosti ter je postal glavni tok sončne fotovoltaične proizvodnje energije. Czochralski (CZ) je ena glavnih metod za pripravo monokristalnega silicija. Sestava monokristalne peči Czochralski vključuje sistem peči, vakuumski sistem, plinski sistem, sistem toplotnega polja in električni nadzorni sistem. Sistem toplotnega polja je eden najpomembnejših pogojev za rast monokristalnega silicija, na kakovost monokristalnega silicija pa neposredno vpliva porazdelitev temperaturnega gradienta toplotnega polja.
Komponente toplotnega polja so v glavnem sestavljene iz ogljikovih materialov (grafitni materiali in kompozitni materiali ogljik/ogljik), ki so glede na njihove funkcije razdeljeni na nosilne dele, funkcionalne dele, grelne elemente, zaščitne dele, toplotnoizolacijske materiale itd. prikazano na sliki 1. Ker se velikost monokristalnega silicija še naprej povečuje, se povečujejo tudi zahteve glede velikosti komponent toplotnega polja. Kompozitni materiali ogljik/ogljik postanejo prva izbira za materiale toplotnega polja za monokristalni silicij zaradi svoje dimenzijske stabilnosti in odličnih mehanskih lastnosti.
V procesu czochralcian monokristalnega silicija bo taljenje silicijevega materiala povzročilo silicijeve pare in brizganje staljenega silicija, kar bo povzročilo silicifikacijsko erozijo materialov toplotnega polja ogljik/ogljikov, mehanske lastnosti in življenjska doba materialov toplotnega polja ogljik/ogljik pa so resno prizadeti. Zato je postalo ena od pogostih skrbi proizvajalcev monokristalnega silicija in proizvajalcev materialov za termično polje ogljik/ogljik, kako zmanjšati silicifikacijsko erozijo materialov za termično polje ogljik/ogljikov in izboljšati njihovo življenjsko dobo.Prevleka iz silicijevega karbidaje postal prva izbira za zaščito površinskega premaza karbonskih/ogljičnih materialov s termičnim poljem zaradi odlične odpornosti na toplotne udarce in odpornosti proti obrabi.
V tem prispevku so predstavljene glavne metode priprave, prednosti in slabosti prevleke iz silicijevega karbida, izhajajoč iz materialov toplotnega polja ogljik/ogljik, ki se uporabljajo pri proizvodnji monokristalnega silicija. Na tej podlagi sta pregledana uporaba in raziskovalni napredek prevleke s silicijevim karbidom v materialih s termičnim poljem ogljik/ogljik glede na značilnosti materialov s termičnim poljem ogljik/ogljik ter predlogi in razvojne smeri za zaščito površinske prevleke materialov s termičnim poljem ogljik/ogljik. so postavljeni naprej.
1 Tehnologija pripraveprevleka iz silicijevega karbida
1.1 Metoda vdelave
Metoda vdelave se pogosto uporablja za pripravo notranje prevleke iz silicijevega karbida v sistemu kompozitnih materialov C/C-sic. Pri tej metodi se najprej uporabi mešani prah za ovijanje kompozitnega materiala ogljik/ogljik, nato pa se izvede toplotna obdelava pri določeni temperaturi. Med zmešanim prahom in površino vzorca poteka vrsta zapletenih fizikalno-kemijskih reakcij, da nastane premaz. Njegova prednost je, da je postopek preprost, samo z enim postopkom lahko pripravimo goste matrične kompozitne materiale brez razpok; Majhna sprememba velikosti od predoblike do končnega izdelka; Primerno za vsako strukturo, ojačano z vlakni; Med premazom in podlago lahko nastane določen gradient sestave, ki se dobro kombinira s podlago. Vendar pa obstajajo tudi slabosti, kot je kemična reakcija pri visoki temperaturi, ki lahko poškoduje vlakno, in mehanske lastnosti ogljika/ogljikove matrice se poslabšajo. Enakomernost premaza je težko nadzorovati zaradi dejavnikov, kot je gravitacija, zaradi česar je premaz neenakomeren.
1.2 Metoda nanašanja z gnojevko
Metoda prevleke z gnojevko je mešanje materiala za prevleko in veziva v mešanico, enakomerno nanašanje čopiča na površino matrice, po sušenju v inertni atmosferi se prevlečeni vzorec sintra pri visoki temperaturi in se lahko pridobi zahtevani premaz. Prednosti so, da je postopek preprost in enostaven za uporabo, debelina nanosa pa je enostavna za nadzor; Pomanjkljivost je slaba vezna trdnost med premazom in podlago, odpornost na toplotne udarce premaza je slaba in enakomernost premaza je nizka.
1.3 Metoda kemijske parne reakcije
Metoda kemične reakcije s hlapi (CVR) je procesna metoda, ki pri določeni temperaturi upari trdni silicijev material v silicijeve pare, nato pa silicijeve pare difundirajo v notranjost in površino matrice ter reagirajo na mestu z ogljikom v matrici, da nastanejo silicijev karbid. Njegove prednosti vključujejo enakomerno atmosfero v peči, dosledno hitrost reakcije in debelino nanosa prevlečenega materiala povsod; Postopek je preprost in enostaven za uporabo, debelino prevleke pa je mogoče nadzorovati s spreminjanjem parnega tlaka silicija, časa nanašanja in drugih parametrov. Pomanjkljivost je, da na vzorec močno vpliva položaj v peči in parni tlak silicija v peči ne more doseči teoretične enotnosti, kar povzroči neenakomerno debelino prevleke.
1.4 Metoda kemičnega naparjevanja
Kemično nanašanje s paro (CVD) je postopek, pri katerem se ogljikovodiki uporabljajo kot vir plina in N2/Ar visoke čistosti kot nosilni plin za uvedbo mešanih plinov v reaktor s kemično paro, ogljikovodiki pa se razgradijo, sintetizirajo, difundirajo, adsorbirajo in raztopijo pod določena temperatura in tlak za tvorbo trdnih filmov na površini kompozitnih materialov ogljik/ogljik. Njegova prednost je v tem, da je mogoče nadzorovati gostoto in čistost nanosa; Primeren je tudi za obdelovanca bolj zapletene oblike; Kristalno strukturo in površinsko morfologijo izdelka je mogoče nadzorovati s prilagajanjem parametrov nanašanja. Pomanjkljivosti so, da je stopnja nanašanja prenizka, postopek je zapleten, proizvodni stroški visoki in lahko pride do napak na prevleki, kot so razpoke, napake mreže in površinske napake.
Če povzamemo, je metoda vgradnje omejena na svoje tehnološke značilnosti, ki so primerne za razvoj in proizvodnjo laboratorijskih in majhnih materialov; Metoda premazovanja ni primerna za masovno proizvodnjo zaradi slabe konsistence. Metoda CVR lahko zadosti množični proizvodnji velikih izdelkov, vendar ima višje zahteve glede opreme in tehnologije. Metoda CVD je idealna metoda za pripravoSIC prevleka, vendar je njegova cena višja od metode CVR zaradi težav pri nadzoru procesa.
Čas objave: 22. februarja 2024