کاربرد کامپوزیت های کربن- فیبر کربن در صنایع نیمه هادی و فتوولتائیک

از نظر انواع مواد کربن-گرافیت مورد استفاده در کاربرد محصولات گرافیتی در صنایع نیمه هادی و فتوولتائیک، کارشناسان مربوطه معتقدند که انواع محصولات گرافیتی مورد استفاده را می توان به سه دسته یا سه مرحله توسعه تقسیم کرد. نوع اول محصول گرافیت حاصل از فرآیند قالب گیری (یا اکستروژن، یا ارتعاش) است. چنین محصولات گرافیتی اکنون بخش کوچکی از گروه محصولات کربن-گرافیت مورد استفاده در صنایع نیمه هادی و فتوولتائیک را اشغال می کنند. نوع دوم، محصولات گرافیت با خلوص بالا همسانگرد با پرس ایزواستاتیک است. بیشترین کاربرد را در صنایع نیمه هادی و فتوولتائیک فعلی دارد. بیش از 80 درصد از محصولات گرافیت مورد استفاده در کل صنایع نیمه هادی و فتوولتائیک جهان را تشکیل می دهد. نوع سوم کامپوزیت های فیبر کربن-کربن است. این نوع جدیدی از مواد و محصولات است که می تواند جایگزین مواد گرافیت در کاربردهای صنعت نیمه هادی و فتوولتائیک شود.

استفاده از مواد کامپوزیتی فیبر کربن-کربن را می توان به عنوان سومین مرحله کاربرد به عنوان هیترها و مواد عایق حرارتی در صنایع نیمه هادی و فتوولتائیک و همچنین مرحله بالاتر توسعه فناوری در نظر گرفت. با این حال، این بدان معنا نیست که محصولات گرافیت با خلوص بالا همسانگردی که در حال حاضر استفاده می شوند در آینده حذف خواهند شد و همه با مواد کامپوزیتی فیبر کربن-کربن جایگزین خواهند شد. کارشناسان مربوطه معتقدند که هیچکس نمی تواند جایگزین دو نوع ماده و محصول مورد استفاده در صنایع نیمه هادی و فتوولتائیک در آینده شود. پیش‌بینی می‌شود که طی یک تا بیست سال آینده، به الگوی بازار «تسخیر یکسان نیمی از کشور» تبدیل شود.

کامپوزیت های کربن-کربن، کامپوزیت های ماتریکس کربنی تقویت شده با فیبر کربن هستند. ویژگی های برجسته ای مانند وزن سبک، مقاومت در برابر فرسایش خوب، مقاومت در برابر شوک حرارتی خوب، تحمل آسیب بالا، استحکام دمای بالا و قابلیت طراحی قوی دارد. بنابراین، کاربردهای گسترده ای در هوافضا، هوانوردی، انرژی اتمی و بسیاری از زمینه های دیگر دارد. کاربرد. علاوه بر این، مواد کامپوزیتی را می‌توان با خواص و شکل‌هایی تهیه کرد که با انتخاب نوع، ساختار، تعداد الیاف، پیش‌سازهای ماتریس و شرایط فرآیند، نیازهای کاربردهای خاص را برآورده می‌کنند. استحکام مواد کامپوزیتی کربن-کربن بسیار بیشتر از گرافیت است و پایداری ابعادی، مقاومت در برابر ضربه و مقاومت در برابر شوک حرارتی خوب است و خواص مکانیکی جامع آن بهتر از گرافیت است. این ماده را می توان به گونه ای خالص کرد که میزان ناخالصی فلز را زیر 5ppm کنترل کرد.

در مقایسه با محصولات سنتی گرافیت که به عنوان محصولات میدان حرارتی کامپوزیت کربن-کربن برای صنایع نیمه هادی و فتوولتائیک استفاده می شود، دارای مزایای برجسته زیر است:

(1) می تواند عمر مفید محصول را تا حد زیادی افزایش دهد و تعداد قطعات جایگزین را کاهش دهد و در نتیجه میزان استفاده از تجهیزات را بهبود بخشد و هزینه تعمیر و نگهداری را کاهش دهد.

(2) در مقایسه با محصولات گرافیت سنتی، می توان آن را نازک تر کرد، به طوری که می توان از تجهیزات موجود برای تولید محصولات با ابعاد بیشتر و قطر بیشتر استفاده کرد که می تواند سرمایه گذاری زیادی در تجهیزات جدید صرفه جویی کند و زمینه دمای آن را یکنواخت تر کند.

(3) به دلیل مقاومت در برابر شوک حرارتی خوب، ترک ها به راحتی در شرایط شوک حرارتی مکرر در دمای بالا ایجاد نمی شوند، در نتیجه از تغییرات در میدان دما جلوگیری می شود.

(4) هنگام ترسیم محصولات با قطر بزرگ، تولید محصولات میدان حرارتی گرافیتی سنتی دشوار است و به دلیل عملکرد عالی مواد کامپوزیت کربن-کربن، کربن-کربن بیشتر در هنگام کشیدن محصولات با قطر بزرگ در خارج از کشور استفاده می شود. محصولات میدان حرارتی مرکب؛

(5) مواد کامپوزیت کربن-کربن به عنوان عایق حرارتی (سپر حرارتی) در کوره تک کریستال Czochralski استفاده می شود. با توجه به اثر عایق حرارتی خوب، می تواند مقدار مشخصی در مصرف انرژی در مقایسه با استفاده از مواد گرافیت صرفه جویی کند. برخی از نتایج تحقیقات نشان می دهد که می تواند 20 درصد در مصرف برق صرفه جویی کند.