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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
從 SNEC 2013 第七屆 5 月 上海光伏展會(huì)暨論壇和目 前發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)來看， 目 前國(guó)內(nèi) 外生產(chǎn)的太陽能光伏設(shè)備用 熱場(chǎng)基本上對(duì)產(chǎn)品表面沒有進(jìn)行特殊處理， 拉單晶硅棒時(shí)， 在高溫作用下碳碳復(fù)合材料坩堝表面的熱解碳會(huì)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(huì)阻止 Si 蒸汽和熱解碳進(jìn)一步反應(yīng)， 因此在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)， 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(shí)間和次數(shù)的增加而增厚， 形成的 SiC 層強(qiáng)度和附著力差， 在使用和搬運(yùn)過程中經(jīng)摩擦后容易脫落。 由于碳纖維是不會(huì)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(huì)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(duì)碳碳復(fù)合材料坩堝在使用過程中出 現(xiàn)的問題， 對(duì)坩堝表面進(jìn)行表面處理， 以減少 Si 蒸汽與熱解碳的反應(yīng)速度， 延長(zhǎng)碳碳復(fù)合材料熱場(chǎng)產(chǎn)品的使用 壽命。
從已發(fā)表的文獻(xiàn)來看， 碳碳復(fù)合材料的防護(hù)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(chǎng)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(jī)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(shí)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(jìn)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(dá)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(jìn)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(chǎng)的使用 壽命。目 前涂層制備技術(shù)已取得了 很大的進(jìn)步， 涂刷法是一種比較簡(jiǎn)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(diǎn)是簡(jiǎn)單、方便、快速、成本低， 其缺點(diǎn)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(jìn)行對(duì)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(dá) 250－300 爐以上， 給企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)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(shì)就體現(xiàn)出 來了 。更多碳碳復(fù)合材料信息可查看http://sunkanghua.cn
