Tehnologija silicijevog karbida keramike i njezina primjena u fotonaponskom području

I. Struktura i svojstva silicijevog karbida

Silicijev karbid SiC sadrži silicij i ugljik. To je tipičan polimorfni spoj, koji uglavnom uključuje α-SiC (tip stabilan na visokim temperaturama) i β-SiC (tip stabilan na niskim temperaturama). Postoji više od 200 polimorfa, među kojima su reprezentativniji 3C-SiC od β-SiC i 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC i 15R-SiC od α-SiC.

Slika SiC polimorfna struktura Kada je temperatura ispod 1600 ℃, SiC postoji u obliku β-SiC, koji se može napraviti od jednostavne mješavine silicija i ugljika na temperaturi od oko 1450 ℃. Kada je viša od 1600 ℃, β-SiC se polako pretvara u različite polimorfe α-SiC. 4H-SiC je lako generirati na oko 2000 ℃; Politipove 6H i 15R lako je generirati na visokim temperaturama iznad 2100 ℃; 6H-SiC također može ostati vrlo stabilan na temperaturama iznad 2200 ℃, tako da je češći u industrijskim primjenama. Čisti silicijev karbid je bezbojan i proziran kristal. Industrijski silicijev karbid je bezbojan, svijetlo žut, svijetlo zelen, tamno zelen, svijetlo plav, tamno plav pa čak i crn, pri čemu se stupanj prozirnosti smanjuje. Industrija abraziva dijeli silicij-karbid u dvije kategorije prema boji: crni silicij-karbid i zeleni silicij-karbid. Bezbojni do tamnozeleni klasificirani su kao zeleni silicijev karbid, a svijetloplavi do crni klasificirani su kao crni silicijev karbid. I crni silicijev karbid i zeleni silicijev karbid su α-SiC heksagonalni kristali. Općenito, keramika od silicij-karbida koristi zeleni prah od silicij-karbida kao sirovinu.

2. Proces pripreme keramike od silicijevog karbida

Keramički materijal od silicij-karbida izrađuje se drobljenjem, mljevenjem i sortiranjem sirovina od silicij-karbida kako bi se dobile čestice SiC-a s ravnomjernom raspodjelom veličine čestica, zatim prešanjem čestica SiC-a, aditiva za sinteriranje i privremenih ljepila u zelenu sirovinu, a zatim sinteriranjem na visokoj temperaturi. Međutim, zbog visokih karakteristika kovalentne veze Si-C veza (~88%) i niskog koeficijenta difuzije, jedan od glavnih problema u procesu pripreme je teškoća zgušnjavanja sinteriranjem. Metode pripreme keramike od silicijevog karbida visoke gustoće uključuju reakcijsko sinteriranje, sinteriranje bez tlaka, sinteriranje pod atmosferskim tlakom, sinteriranje vrućim prešanjem, sinteriranje rekristalizacijom, sinteriranje vrućim izostatičkim prešanjem, sinteriranje plazmom iskre, itd.

Međutim, silicijev karbid keramika ima nedostatak niske lomne žilavosti, odnosno veće krtosti. Zbog toga se posljednjih godina jedna za drugom pojavljuju višefazne keramike temeljene na keramici silicijevog karbida, kao što su ojačanje vlaknima (ili brkovima), ojačavanje disperzije heterogenih čestica i gradijentno funkcionalni materijali, poboljšavajući žilavost i čvrstoću monomernih materijala.

3. Primjena silicij-karbid keramike u fotonaponskom polju

Keramika od silicij karbida ima izvrsnu otpornost na koroziju, može se oduprijeti eroziji kemijskih tvari, produžiti vijek trajanja i neće ispuštati štetne kemikalije, što udovoljava zahtjevima zaštite okoliša. U isto vrijeme, nosači za čamce od silicij-karbida također imaju bolje cijene. Iako je cijena samih silicijevih karbidnih materijala relativno visoka, njihova izdržljivost i stabilnost mogu smanjiti operativne troškove i učestalost zamjene. Dugoročno gledano, oni imaju veću ekonomsku korist i postali su glavni proizvodi na tržištu fotonaponskih nosača brodova.

Kada se keramika od silicijevog karbida koristi kao ključni nosivi materijal u proizvodnom procesu fotonaponskih ćelija, nosači za čamce, kutije za čamce, cijevni priključci i drugi napravljeni proizvodi imaju dobru toplinsku stabilnost, ne deformiraju se na visokim temperaturama i nemaju štetnih taloženih zagađivača. Oni mogu zamijeniti trenutno često korištene kvarcne nosače za čamce, kutije za čamce i priključke za cijevi i imaju značajne troškovne prednosti. Nosači čamaca od silicij-karbida izrađeni su od silicij-karbida kao glavnog materijala. U usporedbi s tradicionalnim kvarcnim nosačima za čamce, nosači za čamce od silicij-karbida imaju bolju toplinsku stabilnost i mogu održati stabilnost u okruženjima visoke temperature. Nosači za čamce od silicij-karbida rade dobro u okruženjima s visokim temperaturama i nije lako pod utjecajem topline, deformacija ili oštećenja. Prikladni su za proizvodne procese koji zahtijevaju obradu visokom temperaturom, što pogoduje održavanju stabilnosti i dosljednosti proizvodnog procesa.

Vijek trajanja: Prema analizi izvješća o podacima: Vijek trajanja keramike od silicij-karbida je više od 3 puta duži od vijeka trajanja nosača čamaca, kutija za čamce i cijevnih spojeva izrađenih od kvarcnih materijala, što uvelike smanjuje učestalost zamjene potrošnog materijala.