3.3石墨熱場材料的純化與致密化
　　我國是硅材料的生產(chǎn)大國，但不是強(qiáng)國。這也就是說，我國可規(guī)模化生產(chǎn)粗硅(99.9％)，但生產(chǎn)精硅(99.99999％)的技術(shù)滯后，產(chǎn)量低。硅材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀是賣出粗硅，買回精硅，生產(chǎn)出光伏產(chǎn)品后再銷往國外。因為生產(chǎn)精硅，需用高純度的石墨坩堝，其金屬雜質(zhì)含量要<2×10^-5，這就需用干燥的氯化氫來進(jìn)行純化處理。圖5是制造無水氯化氫的整套工藝流程圖。純化是基于在高溫下金屬雜質(zhì)與氯化氫生成低沸點氯化物而揮發(fā)逸走，使石墨化得到純化。此外，也可采用氯氣純化。
　　普通石墨中金屬雜質(zhì)含量在>1×10^-4，高純石墨僅-6以下，超高純則更低。如果B含量較高，可用氟化處理純化。例如采用二氯二氟甲烷(CCl2F2)純化。這些高純石墨制品除用于光伏產(chǎn)業(yè)的熱場材料外，還可用于半導(dǎo)體工業(yè)、核能裝置等方面。純化工藝復(fù)雜，但高純制品價格比普通制品高數(shù)十倍到近百倍。
　　石墨的理論密度為2.266g/cm³，C/C復(fù)合材料密度為1.5～1.6g/cm³，兩者的密度之差為孔隙率。在控制單晶硅的熔融工作室內(nèi)，有SiO氣體產(chǎn)生，SiO進(jìn)入到孔內(nèi)與碳反應(yīng)消耗碳；同時，硅與碳反應(yīng)產(chǎn)生SiC也消耗碳，其反應(yīng)可能如下：
　　SiO + C→Si + CO↑
　　Si + C→SiC
　　因此，C/C坩堝表面要進(jìn)行熱解碳沉積而填堵孔。圖6是熱解碳填堵孔及表面沉積熱解碳的C/C復(fù)合材料坩堝的示意圖�；瘜W(xué)氣相沉積熱解碳的速度要慢，控制在0.2μm/h，沉積厚度為2μm熱解碳約需100h。
　　C/C坩堝除用CVD法沉積熱解碳外，也可用沉積SiC層。SiC層不僅可填堵表面的孔，而且可緩和它們之間的熱膨脹率之差而引起應(yīng)力導(dǎo)致熱龜裂。硅在液相的密度要比固相大，熔融或冷卻過程中自身要發(fā)生熱脹冷縮，而碳的膨脹系數(shù)要比硅小得多，使在升溫或降低過程中緩解熱應(yīng)力。因為SiC的線膨脹隨溫度變化規(guī)律與石墨材料相一致，如圖7所示。

　

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作者：許鵬 戴開瑛 張治軍 來源：《太陽能發(fā)電》雜志 責(zé)任編輯：wutongyufg

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