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碳碳復(fù)合材料在光伏領(lǐng)域研究發(fā)展現(xiàn)狀

碳碳復(fù)合材料在光伏領(lǐng)域研究發(fā)展現(xiàn)狀

     從 SNEC 2013 第七屆 5 月 上海光伏展會暨論壇和目 前發(fā)表的相關(guān)文獻來看, 目 前國內(nèi) 外生產(chǎn)的太陽能光伏設(shè)備用 熱場基本上對產(chǎn)品表面沒有進行特殊處理, 拉單晶硅棒時, 在高溫作用下碳碳復(fù)合材料坩堝表面的熱解碳會與 Si 蒸汽反應(yīng)生成了 碳化硅, 反應(yīng)式如下:

     由于碳纖維會阻止 Si 蒸汽和熱解碳進一步反應(yīng), 因此在實際生產(chǎn)時, 在碳碳復(fù)合材料坩堝表面生成一層很薄的 SiC 層, 但SiC 的厚度不隨使用 時間和次數(shù)的增加而增厚, 形成的 SiC 層強度和附著力差, 在使用和搬運過程中經(jīng)摩擦后容易脫落。 由于碳纖維是不會和 Si 蒸汽產(chǎn)生反應(yīng), 因此碳碳復(fù)合材料坩堝力學(xué)性能基本保持不變, 在坩堝表面形成一些不連續(xù)的小蝕坑, 隨著使用 的次數(shù)增加, 碳碳復(fù)合材料坩堝表面露出 的碳纖維被磨平后,里層的熱解碳又會和 Si 蒸汽發(fā)生反應(yīng), 隨著使用 次數(shù)的增加, 碳碳復(fù)合材料坩堝就逐漸變薄。 而石墨坩堝的使用 情況則完全不同, 由 于沒有碳纖維的阻止作用 , SiC 厚度將隨著使用 次數(shù)的增加而增厚, 并最終導(dǎo)致石墨坩堝的力學(xué)性能完全喪失并導(dǎo)致熱性能不均勻, 從而導(dǎo)致石墨坩堝失效。 針對碳碳復(fù)合材料坩堝在使用過程中出 現(xiàn)的問題, 對坩堝表面進行表面處理, 以減少 Si 蒸汽與熱解碳的反應(yīng)速度, 延長碳碳復(fù)合材料熱場產(chǎn)品的使用 壽命。

       從已發(fā)表的文獻來看, 碳碳復(fù)合材料的防護主要采取以下兩種措施: 一是基體改性技術(shù), 二是涂層技術(shù)。 基體改性技術(shù): 主要是向碳基體中散布抗氧化顆粒, 這種顆粒與基體碳一同沉積于纖維上, 提高碳碳復(fù)合材料熱場使用 壽命, 主要有以下幾種方法:

液相浸漬技術(shù) 

 在碳碳復(fù)合材料制 備完成之后, 將抗氧化劑前驅(qū)體引 入碳碳復(fù)合材料。 如: 碳碳復(fù)合材料浸入金屬有機化合物、烷氧基金屬、金屬鹽溶液或膠體中去, 然后經(jīng)過干燥和高溫處理, 使之在受熱時生成涂層的方法。

包埋法: 

    將抗氧化劑以固相顆粒的形式混合后, 填充在碳碳復(fù)合材料周圍, 再進行高溫處理, 從而在表面生成涂層的方法。

化學(xué)氣相滲透技術(shù)  :

      利用 CVI 技術(shù), 在預(yù)制體中共滲基體碳和抗氣體物質(zhì), 生成雙基元復(fù)合材料, 達到 提高抗氧化目 的 。該方法制成的涂層致密、純度好, 而且涂層的 組織、形貌的 成份可以控制, 目 前研究較多的共滲 C 和 SiC  、 Si3N4 、 TiC 、 ZrC 。

涂層技術(shù):

       在碳碳復(fù)合材料表面進行涂層, 減少碳碳復(fù)合材料中熱解碳與 Si 蒸汽接觸, 提高碳碳復(fù)合材料熱場的使用 壽命。目 前涂層制備技術(shù)已取得了 很大的進步, 涂刷法是一種比較簡單的涂層制備方法, 它是將涂層原料涂刷在碳碳復(fù)合材料表面,經(jīng)固化、燒結(jié)處理而制得, 其優(yōu)點是簡單、方便、快速、成本低, 其缺點是涂層抗熱震性能差。 近年來, 新的涂層技術(shù)不斷被開發(fā)出來, 如電子束噴涂法、液相反應(yīng)生成法、超臨界流體技術(shù) 等。

      從產(chǎn)品 使用 壽命進行對比 , 未涂層碳碳復(fù)合材料坩堝 為150-200 爐左右, 而 SiC 涂層坩堝使用 壽命要高于未涂層坩堝,可達 250-300 爐以上, 給企業(yè)帶來的經(jīng)濟效益是相當(dāng)可觀。要原因 , 做為發(fā)熱體, 其灰分要求比較嚴(yán)格, 通過化學(xué)純化處理成本比較高, 但隨著設(shè)備的大型化, 碳碳復(fù)合材料發(fā)熱體成本優(yōu)勢就體現(xiàn)出 來了 。更多碳碳復(fù)合材料信息可查看http://2333666.cn

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