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碳碳復合材料在光伏領域研究發展現狀

     從 SNEC 2013 第七屆 5 月 上海光伏展會暨論壇和目 前發表的相關文獻來看， 目 前國內 外生產的太陽能光伏設備用 熱場基本上對產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合材料坩堝表面的熱解碳會與 Si 蒸汽反應生成了 碳化硅， 反應式如下：

     由于碳纖維會阻止 Si 蒸汽和熱解碳進一步反應， 因此在實際生產時， 在碳碳復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摩擦后容易脫落。 由于碳纖維是不會和 Si 蒸汽產生反應， 因此碳碳復合材料坩堝力學性能基本保持不變， 在坩堝表面形成一些不連續的小蝕坑， 隨著使用 的次數增加， 碳碳復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 蒸汽發生反應， 隨著使用 次數的增加， 碳碳復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 次數的增加而增厚， 并最終導致石墨坩堝的力學性能完全喪失并導致熱性能不均勻， 從而導致石墨坩堝失效。 針對碳碳復合材料坩堝在使用過程中出 現的問題， 對坩堝表面進行表面處理， 以減少 Si 蒸汽與熱解碳的反應速度， 延長碳碳復合材料熱場產品的使用 壽命。

       從已發表的文獻來看， 碳碳復合材料的防護主要采取以下兩種措施： 一是基體改性技術， 二是涂層技術。 基體改性技術： 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， 提高碳碳復合材料熱場使用 壽命， 主要有以下幾種方法：

液相浸漬技術  ：

 在碳碳復合材料制 備完成之后， 將抗氧化劑前驅體引 入碳碳復合材料。 如： 碳碳復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。

化學氣相滲透技術  ：

      利用 CVI 技術， 在預制體中共滲基體碳和抗氣體物質， 生成雙基元復合材料， 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：

       在碳碳復合材料表面進行涂層， 減少碳碳復合材料中熱解碳與 Si 蒸汽接觸， 提高碳碳復合材料熱場的使用 壽命。目 前涂層制備技術已取得了 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合材料表面，經固化、燒結處理而制得， 其優點是簡單、方便、快速、成本低， 其缺點是涂層抗熱震性能差。 近年來， 新的涂層技術不斷被開發出來， 如電子束噴涂法、液相反應生成法、超臨界流體技術 等。

      從產品 使用 壽命進行對比 ， 未涂層碳碳復合材料坩堝 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， 給企業帶來的經濟效益是相當可觀。要原因 ， 做為發熱體， 其灰分要求比較嚴格， 通過化學純化處理成本比較高， 但隨著設備的大型化， 碳碳復合材料發熱體成本優勢就體現出 來了 。更多碳碳復合材料信息可查看http://m.jin-ba.com