碳碳复合材料在光伏领域研究发展现状

     从 SNEC 2013 第七届 5 月 上海光伏展会暨论坛和目 前发表的相关文献来看， 目 前国内 外生产的太阳能光伏设备用 热场基本上对产品表面没有进行特殊处理， 拉单晶硅棒时， 在高温作用下碳碳复合材料坩埚表面的热解碳会与 Si 蒸汽反应生成了 碳化硅， 反应式如下：

     由于碳纤维会阻止 Si 蒸汽和热解碳进一步反应， 因此在实际生产时， 在碳碳复合材料坩埚表面生成一层很薄的 SiC 层， 但SiC 的厚度不随使用 时间和次数的增加而增厚， 形成的 SiC 层强度和附着力差， 在使用和搬运过程中经摩擦后容易脱落。 由于碳纤维是不会和 Si 蒸汽产生反应， 因此碳碳复合材料坩埚力学性能基本保持不变， 在坩埚表面形成一些不连续的小蚀坑， 随着使用 的次数增加， 碳碳复合材料坩埚表面露出 的碳纤维被磨平后，里层的热解碳又会和 Si 蒸汽发生反应， 随着使用 次数的增加， 碳碳复合材料坩埚就逐渐变薄。 而石墨坩埚的使用 情况则完全不同， 由 于没有碳纤维的阻止作用 ， SiC 厚度将随着使用 次数的增加而增厚， 并最终导致石墨坩埚的力学性能完全丧失并导致热性能不均匀， 从而导致石墨坩埚失效。 针对碳碳复合材料坩埚在使用过程中出 现的问题， 对坩埚表面进行表面处理， 以减少 Si 蒸汽与热解碳的反应速度， 延长碳碳复合材料热场产品的使用 寿命。

       从已发表的文献来看， 碳碳复合材料的防护主要采取以下两种措施： 一是基体改性技术， 二是涂层技术。 基体改性技术： 主要是向碳基体中散布抗氧化颗粒， 这种颗粒与基体碳一同沉积于纤维上， 提高碳碳复合材料热场使用 寿命， 主要有以下几种方法：

液相浸渍技术  ：

 在碳碳复合材料制 备完成之后， 将抗氧化剂前驱体引 入碳碳复合材料。 如： 碳碳复合材料浸入金属有机化合物、烷氧基金属、金属盐溶液或胶体中去， 然后经过干燥和高温处理， 使之在受热时生成涂层的方法。

包埋法： 

    将抗氧化剂以固相颗粒的形式混合后， 填充在碳碳复合材料周围， 再进行高温处理， 从而在表面生成涂层的方法。

化学气相渗透技术  ：

      利用 CVI 技术， 在预制体中共渗基体碳和抗气体物质， 生成双基元复合材料， 达到 提高抗氧化目 的 。该方法制成的涂层致密、纯度好， 而且涂层的 组织、形貌的 成份可以控制， 目 前研究较多的共渗 C 和 SiC  、 Si3N4 、 TiC 、 ZrC 。

涂层技术：

       在碳碳复合材料表面进行涂层， 减少碳碳复合材料中热解碳与 Si 蒸汽接触， 提高碳碳复合材料热场的使用 寿命。目 前涂层制备技术已取得了 很大的进步， 涂刷法是一种比较简单的涂层制备方法， 它是将涂层原料涂刷在碳碳复合材料表面，经固化、烧结处理而制得， 其优点是简单、方便、快速、成本低， 其缺点是涂层抗热震性能差。 近年来， 新的涂层技术不断被开发出来， 如电子束喷涂法、液相反应生成法、超临界流体技术 等。

      从产品 使用 寿命进行对比 ， 未涂层碳碳复合材料坩埚 为150-200 炉左右， 而 SiC 涂层坩埚使用 寿命要高于未涂层坩埚，可达 250－300 炉以上， 给企业带来的经济效益是相当可观。要原因 ， 做为发热体， 其灰分要求比较严格， 通过化学纯化处理成本比较高， 但随着设备的大型化， 碳碳复合材料发热体成本优势就体现出 来了 。更多碳碳复合材料信息可查看http://www.jasencc.com