Виробництво сонячної фотоелектричної енергії стало найперспективнішою новою енергетичною галуззю в світі. Порівняно з сонячними елементами з полікремнію та аморфного кремнію, монокристалічний кремній як фотоелектричний матеріал для виробництва електроенергії має високу ефективність фотоелектричного перетворення та видатні комерційні переваги, і став основним напрямком виробництва сонячної фотоелектричної енергії. Чохральського (CZ) є одним з основних методів отримання монокристалічного кремнію. До складу монокристалічної печі Чохральського входять система печі, вакуумна система, газова система, система теплового поля та електрична система управління. Система теплового поля є однією з найважливіших умов для росту монокристалічного кремнію, і на якість монокристалічного кремнію безпосередньо впливає розподіл температурного градієнта теплового поля.
Компоненти теплового поля в основному складаються з вуглецевих матеріалів (графітових матеріалів і вуглецевих/вуглецевих композитних матеріалів), які поділяються на опорні частини, функціональні частини, нагрівальні елементи, захисні частини, теплоізоляційні матеріали тощо відповідно до їх функцій, як показано на малюнку 1. Оскільки розмір монокристалічного кремнію продовжує збільшуватися, вимоги до розміру компонентів теплового поля також зростають. Композитні матеріали вуглець/вуглець стають першим вибором для матеріалів термічного поля для монокристалічного кремнію завдяки його стабільності розмірів і чудовим механічним властивостям.
У процесі чохральського монокристалічного кремнію плавлення кремнієвого матеріалу призведе до випаровування кремнію та бризок розплавленого кремнію, що призведе до силіцифікаційної ерозії вуглецевих/вуглецевих матеріалів теплового поля, а механічні властивості та термін служби вуглецевих/вуглецевих матеріалів теплового поля є серйозно постраждали. Таким чином, як зменшити силіцифікаційну ерозію вуглецевих/вуглецевих матеріалів термічного поля та покращити термін їх служби, стало однією із загальних проблем виробників монокристалічного кремнію та виробників вуглець/вуглецевих матеріалів теплового поля.Покриття з карбіду кремніюстало першим вибором для захисту поверхневих покриттів вуглецевих/вуглецевих матеріалів теплового поля завдяки чудовій стійкості до термічного удару та зносостійкості.
У цій статті, починаючи з матеріалів теплового поля вуглець/вуглець, які використовуються у виробництві монокристалічного кремнію, представлено основні методи отримання, переваги та недоліки покриття карбіду кремнію. На цій основі розглядається застосування та прогрес досліджень покриття з карбіду кремнію в матеріалах теплового поля вуглець/вуглець відповідно до характеристик матеріалів теплового поля вуглець/вуглець, а також пропозиції та напрямки розвитку для захисту поверхневих покриттів матеріалів теплового поля вуглець/вуглець. висуваються.
1 Технологія приготуванняпокриття з карбіду кремнію
1.1 Спосіб вбудовування
Метод вбудовування часто використовується для підготовки внутрішнього покриття з карбіду кремнію в системі композитних матеріалів C/C-sic. У цьому методі спочатку використовується змішаний порошок для обгортання вуглецевого/вуглецевого композитного матеріалу, а потім проводиться термічна обробка при певній температурі. Серія складних фізико-хімічних реакцій відбувається між змішаним порошком і поверхнею зразка з утворенням покриття. Його перевага полягає в тому, що процес простий, лише один процес може приготувати щільні матричні композитні матеріали без тріщин; Невелика зміна розміру від преформи до кінцевого продукту; Підходить для будь-якої армованої волокном конструкції; Між покриттям і підкладкою може утворюватися певний градієнт складу, який добре поєднується з підкладкою. Однак є також недоліки, такі як хімічна реакція при високій температурі, яка може пошкодити волокно, і механічні властивості вуглецю/вуглецевої матриці погіршуються. Рівномірність покриття важко контролювати через такі фактори, як сила тяжіння, яка робить покриття нерівним.
1.2 Метод нанесення суспензії
Метод суспензійного покриття полягає у змішуванні матеріалу покриття та сполучного в суміш, рівномірного нанесення щіткою на поверхню матриці, після сушіння в інертній атмосфері зразок з покриттям спікається при високій температурі, і можна отримати необхідне покриття. Переваги полягають у тому, що процес простий і легкий в експлуатації, а товщину покриття легко контролювати; Недоліком є низька міцність зв’язку між покриттям і підкладкою, низька стійкість покриття до термічного удару та низька рівномірність покриття.
1.3 Метод хімічної реакції з парами
Метод хімічної реакції парів (CVR) — це метод процесу, який випаровує твердий кремнієвий матеріал у пари кремнію при певній температурі, а потім пари кремнію дифундують у внутрішню частину та на поверхню матриці та реагують на місці з вуглецем у матриці з утворенням карбід кремнію. Його переваги включають рівномірну атмосферу в печі, послідовну швидкість реакції та товщину осадження матеріалу з покриттям всюди; Процес простий і легкий в експлуатації, а товщину покриття можна контролювати шляхом зміни тиску парів кремнію, часу осадження та інших параметрів. Недоліком є те, що на зразок сильно впливає положення в печі, і тиск парів кремнію в печі не може досягти теоретичної однорідності, що призводить до нерівномірної товщини покриття.
1.4 Метод хімічного осадження з газової фази
Хімічне осадження з парової фази (CVD) — це процес, у якому вуглеводні використовуються як джерело газу, а N2/Ar високої чистоти — як газ-носій для введення змішаних газів у реактор з хімічної пари, а вуглеводні розкладаються, синтезуються, дифундують, адсорбуються та розчиняються під дією певна температура і тиск для утворення твердих плівок на поверхні вуглецевих/вуглецевих композитних матеріалів. Його перевага в тому, що можна контролювати щільність і чистоту покриття; Він також підходить для заготовок більш складної форми; Кристалічна структура та морфологія поверхні продукту можна контролювати шляхом регулювання параметрів осадження. Недоліки полягають у тому, що швидкість осадження є занадто низькою, процес є складним, вартість виробництва висока, і можуть бути дефекти покриття, такі як тріщини, дефекти сітки та дефекти поверхні.
Підсумовуючи, метод вбудовування обмежується своїми технологічними характеристиками, які придатні для розробки та виробництва лабораторних і малогабаритних матеріалів; Метод нанесення покриття не підходить для масового виробництва через його погану консистенцію. Метод CVR може задовольнити масове виробництво великогабаритних виробів, але він має підвищені вимоги до обладнання та технології. Метод CVD – ідеальний спосіб підготовкиSIC покриття, але його вартість вища, ніж метод CVR через складність керування процесом.
Час публікації: 22 лютого 2024 р