Mae'r broses dwf o silicon grisial sengl yn cael ei wneud yn gyfan gwbl yn y maes thermol. Mae maes thermol da yn ffafriol i wella ansawdd grisial ac mae ganddo effeithlonrwydd crisialu uchel. Mae dyluniad y maes thermol i raddau helaeth yn pennu'r newidiadau a'r newidiadau mewn graddiannau tymheredd yn y maes thermol deinamig. Mae llif y nwy yn y siambr ffwrnais a'r gwahaniaeth mewn deunyddiau a ddefnyddir yn y maes thermol yn pennu bywyd gwasanaeth y maes thermol yn uniongyrchol. Mae maes thermol a ddyluniwyd yn afresymol nid yn unig yn ei gwneud hi'n anodd tyfu crisialau sy'n bodloni gofynion ansawdd, ond hefyd ni allant dyfu crisialau sengl cyflawn o dan ofynion proses penodol. Dyna pam mae diwydiant silicon monocrystalline Czochralski yn ystyried dylunio maes thermol fel y dechnoleg graidd ac yn buddsoddi adnoddau gweithlu ac adnoddau materol enfawr mewn ymchwil a datblygu maes thermol.
Mae'r system thermol yn cynnwys amrywiol ddeunyddiau maes thermol. Dim ond yn fyr y byddwn yn cyflwyno'r deunyddiau a ddefnyddir yn y maes thermol. O ran y dosbarthiad tymheredd yn y maes thermol a'i effaith ar dynnu grisial, ni fyddwn yn ei ddadansoddi yma. Mae'r deunydd maes thermol yn cyfeirio at y ffwrnais gwactod twf grisial. Rhannau strwythurol ac wedi'u hinswleiddio'n thermol o'r siambr, sy'n hanfodol i greu'r brethyn tymheredd cywir o amgylch y toddi lled-ddargludyddion a'r crisialau.
un. deunyddiau strwythurol maes thermol
Y deunydd ategol sylfaenol ar gyfer tyfu silicon grisial sengl trwy ddull Czochralski yw graffit purdeb uchel. Mae deunyddiau graffit yn chwarae rhan bwysig iawn mewn diwydiant modern. Wrth baratoi silicon grisial sengl trwy ddull Czochralski, gellir eu defnyddio fel cydrannau strwythurol maes thermol megis gwresogyddion, tiwbiau tywys, crucibles, tiwbiau inswleiddio, a hambyrddau crucible.
Dewiswyd deunydd graffit oherwydd ei rwyddineb paratoi mewn cyfeintiau mawr, prosesadwyedd a phriodweddau gwrthsefyll tymheredd uchel. Mae gan garbon ar ffurf diemwnt neu graffit ymdoddbwynt uwch nag unrhyw elfen neu gyfansoddyn. Mae deunydd graffit yn eithaf cryf, yn enwedig ar dymheredd uchel, ac mae ei ddargludedd trydanol a thermol hefyd yn eithaf da. Mae ei ddargludedd trydanol yn ei gwneud yn addas fel deunydd gwresogydd, ac mae ganddo ddargludedd thermol boddhaol a all ddosbarthu'r gwres a gynhyrchir gan y gwresogydd yn gyfartal i'r crucible a rhannau eraill o'r maes thermol. Fodd bynnag, ar dymheredd uchel, yn enwedig dros bellteroedd hir, y prif ddull o drosglwyddo gwres yw ymbelydredd.
Mae rhannau graffit yn cael eu ffurfio i ddechrau trwy allwthio neu wasgu isostatig o ronynnau carbonaidd mân wedi'u cymysgu â rhwymwr. Mae rhannau graffit o ansawdd uchel fel arfer yn cael eu pwyso'n isostatig. Mae'r darn cyfan yn cael ei garboneiddio yn gyntaf ac yna'n cael ei graffiteiddio ar dymheredd uchel iawn, yn agos at 3000 ° C. Mae rhannau sydd wedi'u peiriannu o'r monolithau hyn yn aml yn cael eu puro mewn awyrgylch sy'n cynnwys clorin ar dymheredd uchel i gael gwared â halogiad metel i gydymffurfio â gofynion y diwydiant lled-ddargludyddion. Fodd bynnag, hyd yn oed gyda phuro priodol, mae lefelau halogiad metel yn orchmynion o faint uwch na'r hyn a ganiateir gan ddeunyddiau crisial sengl silicon. Felly, rhaid bod yn ofalus wrth ddylunio caeau thermol i atal halogiad y cydrannau hyn rhag mynd i mewn i'r arwyneb toddi neu grisial.
Mae deunydd graffit ychydig yn athraidd, sy'n caniatáu i fetel sy'n weddill y tu mewn gyrraedd yr wyneb yn hawdd. Yn ogystal, gall y silicon monocsid sy'n bresennol yn y nwy purge o amgylch yr wyneb graffit dreiddio'n ddwfn i'r rhan fwyaf o ddeunyddiau ac adweithio.
Gwnaed gwresogyddion ffwrnais silicon grisial sengl cynnar o fetelau anhydrin fel twngsten a molybdenwm. Wrth i'r dechnoleg prosesu graffit aeddfedu, mae priodweddau trydanol y cysylltiadau rhwng cydrannau graffit yn dod yn sefydlog, ac mae gwresogyddion ffwrnais silicon grisial sengl wedi disodli twngsten a molybdenwm a gwresogyddion deunyddiau eraill yn llwyr. Y deunydd graffit a ddefnyddir fwyaf ar hyn o bryd yw graffit isostatig. gall semicera ddarparu deunyddiau graffit wedi'u gwasgu'n isostatig o ansawdd uchel.
Mewn ffwrneisi silicon grisial sengl Czochralski, weithiau defnyddir deunyddiau cyfansawdd C / C, ac maent bellach yn cael eu defnyddio i gynhyrchu bolltau, cnau, crucibles, platiau cynnal llwyth a chydrannau eraill. Mae deunyddiau cyfansawdd carbon/carbon (c/c) yn ddeunyddiau cyfansawdd carbon wedi'u hatgyfnerthu â ffibr carbon. Mae ganddynt gryfder penodol uchel, modwlws penodol uchel, cyfernod ehangu thermol isel, dargludedd trydanol da, caledwch torri asgwrn mawr, disgyrchiant penodol isel, ymwrthedd sioc thermol, ymwrthedd cyrydiad, Mae ganddo gyfres o briodweddau rhagorol megis ymwrthedd tymheredd uchel ac ar hyn o bryd mae'n eang. a ddefnyddir mewn awyrofod, rasio, biomaterials a meysydd eraill fel math newydd o ddeunydd strwythurol sy'n gallu gwrthsefyll tymheredd uchel. Ar hyn o bryd, y brif dagfa a wynebir gan ddeunyddiau cyfansawdd C/C domestig yw materion cost a diwydiannu.
Defnyddir llawer o ddeunyddiau eraill i greu meysydd thermol. Mae gan graffit wedi'i atgyfnerthu â ffibr carbon briodweddau mecanyddol gwell; fodd bynnag, mae'n ddrutach ac yn gosod gofynion dylunio eraill. Mae silicon carbid (SiC) yn ddeunydd gwell na graffit mewn sawl ffordd, ond mae'n llawer drutach ac yn anodd gwneud rhannau cyfaint mawr. Fodd bynnag, defnyddir SiC yn aml fel cotio CVD i gynyddu bywyd rhannau graffit sy'n agored i nwy silicon monocsid ymosodol a hefyd i leihau halogiad o graffit. Mae'r gorchudd carbid silicon CVD trwchus yn atal halogion y tu mewn i'r deunydd graffit microporous rhag cyrraedd yr wyneb yn effeithiol.
Carbon CVD yw'r llall, a all hefyd ffurfio haen drwchus ar ben rhannau graffit. Gellir defnyddio deunyddiau eraill sy'n gwrthsefyll tymheredd uchel, fel molybdenwm neu ddeunyddiau ceramig sy'n gydnaws â'r amgylchedd, lle nad oes risg o halogi'r toddi. Fodd bynnag, mae gan serameg ocsid addasrwydd cyfyngedig ar gyfer cyswllt uniongyrchol â deunyddiau graffit ar dymheredd uchel, gan adael ychydig o ddewisiadau amgen yn aml os oes angen inswleiddio. Un yw boron nitrid hecsagonol (a elwir weithiau'n graffit gwyn oherwydd priodweddau tebyg), ond mae ganddo briodweddau mecanyddol gwael. Yn gyffredinol, mae molybdenwm yn rhesymol ar gyfer cymwysiadau tymheredd uchel oherwydd ei gost gymedrol, trylededd isel mewn crisialau silicon, a chyfernod gwahanu isel, tua 5 × 108, sy'n caniatáu rhywfaint o halogiad molybdenwm cyn dinistrio'r strwythur grisial.
dwy. Deunyddiau inswleiddio cae thermol
Y deunydd inswleiddio a ddefnyddir amlaf yw ffelt carbon mewn gwahanol ffurfiau. Mae ffelt carbon wedi'i wneud o ffibrau tenau sy'n gweithredu fel inswleiddiad thermol oherwydd eu bod yn rhwystro ymbelydredd thermol lawer gwaith dros bellter byr. Mae ffelt carbon meddal yn cael ei wehyddu i ddalennau cymharol denau o ddeunydd, sydd wedyn yn cael eu torri i'r siâp dymunol a'u plygu'n dynn i radiws rhesymol. Mae ffelt wedi'i halltu yn cynnwys deunyddiau ffibr tebyg, gan ddefnyddio rhwymwr sy'n cynnwys carbon i gysylltu'r ffibrau gwasgaredig i wrthrych mwy solet a chwaethus. Gall defnyddio dyddodiad anwedd cemegol o garbon yn lle rhwymwyr wella priodweddau mecanyddol y deunydd.
Yn nodweddiadol, mae wyneb allanol ffelt wedi'i halltu wedi'i inswleiddio wedi'i orchuddio â gorchudd graffit parhaus neu ffoil i leihau erydiad a thraul yn ogystal â halogiad gronynnol. Mae mathau eraill o ddeunyddiau inswleiddio carbon hefyd yn bodoli, megis ewyn carbon. Yn gyffredinol, mae'n amlwg bod deunyddiau wedi'u graffiteiddio yn cael eu ffafrio oherwydd bod graffiteiddio yn lleihau arwynebedd y ffibr yn fawr. Mae'r deunyddiau arwynebedd arwyneb uchel hyn yn caniatáu llawer llai o wacáu ac yn cymryd llai o amser i dynnu'r ffwrnais i wactod cywir. Y math arall yw deunydd cyfansawdd C / C, sydd â nodweddion rhagorol megis pwysau ysgafn, goddefgarwch difrod uchel, a chryfder uchel. Fe'i defnyddir mewn meysydd thermol i ddisodli rhannau graffit, sy'n lleihau'n sylweddol amlder ailosod rhannau graffit ac yn gwella ansawdd grisial sengl a sefydlogrwydd cynhyrchu.
Yn ôl dosbarthiad deunyddiau crai, gellir rhannu ffelt carbon yn ffelt carbon polyacrylonitrile, ffelt carbon yn seiliedig ar viscose, a ffelt carbon wedi'i seilio ar asffalt.
Mae gan ffelt carbon polyacrylonitrile gynnwys lludw mawr, ac mae'r monofilamentau'n mynd yn frau ar ôl triniaeth tymheredd uchel. Yn ystod y llawdriniaeth, mae llwch yn cael ei gynhyrchu'n hawdd i lygru amgylchedd y ffwrnais. Ar yr un pryd, mae'r ffibrau'n mynd i mewn i fandyllau dynol a llwybrau anadlol yn hawdd, gan achosi niwed i iechyd pobl; ffelt carbon sy'n seiliedig ar viscose Mae ganddo briodweddau insiwleiddio thermol da, mae'n gymharol feddal ar ôl triniaeth wres, ac mae'n llai tebygol o gynhyrchu llwch. Fodd bynnag, mae gan y trawstoriad o'r llinynnau sy'n seiliedig ar viscose siâp afreolaidd ac mae yna lawer o geunentydd ar yr wyneb ffibr, sy'n hawdd eu ffurfio ym mhresenoldeb awyrgylch ocsideiddiol mewn ffwrnais silicon grisial sengl Czochralski. Mae nwyon fel CO2 yn achosi dyddodiad elfennau ocsigen a charbon mewn deunyddiau silicon crisial sengl. Mae'r prif wneuthurwyr yn cynnwys SGL Almaeneg a chwmnïau eraill. Ar hyn o bryd, ffelt carbon wedi'i seilio ar draw yw'r un a ddefnyddir fwyaf yn y diwydiant crisial sengl lled-ddargludyddion, ac mae ei berfformiad inswleiddio thermol yn well na ffelt carbon gludiog. Mae ffelt carbon sy'n seiliedig ar gwm yn israddol, ond mae gan ffelt carbon sy'n seiliedig ar asffalt burdeb uwch ac allyriadau llwch is. Mae cynhyrchwyr yn cynnwys Kureha Chemical Japan, Osaka Gas, ac ati.
Gan nad yw siâp y ffelt carbon yn sefydlog, mae'n anghyfleus gweithredu. Nawr mae llawer o gwmnïau wedi datblygu deunydd inswleiddio thermol newydd yn seiliedig ar ffelt carbon - ffelt carbon wedi'i halltu. Gelwir ffelt carbon wedi'i halltu hefyd yn ffelt caled. Mae'n ffelt carbon sydd â siâp penodol a hunangynaladwyedd ar ôl cael ei drwytho â resin, ei lamineiddio, ei solidoli a'i garbonio.
Mae ansawdd twf silicon grisial sengl yn cael ei effeithio'n uniongyrchol gan yr amgylchedd maes thermol, ac mae deunyddiau inswleiddio ffibr carbon yn chwarae rhan allweddol yn yr amgylchedd hwn. Mae ffelt meddal inswleiddio thermol ffibr carbon yn dal i fod â mantais sylweddol yn y diwydiant lled-ddargludyddion ffotofoltäig oherwydd ei fanteision cost, effaith inswleiddio thermol ardderchog, dyluniad hyblyg a siâp y gellir ei addasu. Yn ogystal, bydd gan ffelt inswleiddio anhyblyg ffibr carbon fwy o le i ddatblygu yn y farchnad deunydd maes thermol oherwydd ei gryfder penodol a'i weithrediad uwch. Rydym wedi ymrwymo i ymchwil a datblygu ym maes deunyddiau inswleiddio thermol ac yn gwneud y gorau o berfformiad cynnyrch yn barhaus i hyrwyddo ffyniant a datblygiad y diwydiant lled-ddargludyddion ffotofoltäig.
Amser postio: Mai-15-2024