3.3石墨熱場材料的純化與致密化
　　我國是硅材料的生產大國，但不是強國。這也就是說，我國可規模化生產粗硅(99.9％)，但生產精硅(99.99999％)的技術滯后，產量低。硅材料產業現狀是賣出粗硅，買回精硅，生產出光伏產品后再銷往國外。因為生產精硅，需用高純度的石墨坩堝，其金屬雜質含量要<2×10^-5，這就需用干燥的氯化氫來進行純化處理。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與氯化氫生成低沸點氯化物而揮發逸走，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業的熱場材料外，還可用于半導體工業、核能裝置等方面。純化工藝復雜，但高純制品價格比普通制品高數十倍到近百倍。
　　石墨的理論密度為2.266g/cm³，C/C復合材料密度為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，有SiO氣體產生，SiO進入到孔內與碳反應消耗碳；同時，硅與碳反應產生SiC也消耗碳，其反應可能如下：
　　SiO + C→Si + CO↑
　　Si + C→SiC
　　因此，C/C坩堝表面要進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復合材料坩堝的示意圖。化學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力導致熱龜裂。硅在液相的密度要比固相大，熔融或冷卻過程中自身要發生熱脹冷縮，而碳的膨脹系數要比硅小得多，使在升溫或降低過程中緩解熱應力。因為SiC的線膨脹隨溫度變化規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：《太陽能發電》雜志 責任編輯：wutongyufg

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