Keramická technológia karbidu kremíka a jej aplikácia vo fotovoltaickej oblasti

I. Štruktúra a vlastnosti karbidu kremíka

Karbid kremíka SiC obsahuje kremík a uhlík. Je to typická polymorfná zlúčenina, ktorá obsahuje najmä α-SiC (typ stabilný pri vysokej teplote) a β-SiC (typ stabilný pri nízkych teplotách). Existuje viac ako 200 polymorfov, medzi ktorými sú reprezentatívnejšie 3C-SiC z β-SiC a 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC a 15R-SiC z a-SiC.

Obrázok Polymorfná štruktúra SiC Keď je teplota nižšia ako 1600 °C, SiC existuje vo forme β-SiC, ktorý možno vyrobiť z jednoduchej zmesi kremíka a uhlíka pri teplote asi 1450 °C. Keď je vyššia ako 1600 ℃, β-SiC sa pomaly transformuje na rôzne polymorfy α-SiC. 4H-SiC sa ľahko vytvára pri teplote okolo 2000 ℃; Polytypy 6H a 15R sa dajú ľahko generovať pri vysokých teplotách nad 2100 ℃; 6H-SiC môže zostať veľmi stabilný aj pri teplotách nad 2200 ℃, takže je bežnejší v priemyselných aplikáciách. Čistý karbid kremíka je bezfarebný a priehľadný kryštál. Priemyselný karbid kremíka je bezfarebný, svetložltý, svetlozelený, tmavozelený, svetlomodrý, tmavomodrý a dokonca čierny, pričom stupeň priehľadnosti postupne klesá. Brúsny priemysel rozdeľuje karbid kremíka do dvoch kategórií podľa farby: čierny karbid kremíka a zelený karbid kremíka. Bezfarebné až tmavozelené sú klasifikované ako zelený karbid kremíka a svetlomodré až čierne sú klasifikované ako čierny karbid kremíka. Čierny karbid kremíka aj zelený karbid kremíka sú šesťuholníkové kryštály α-SiC. Vo všeobecnosti keramika z karbidu kremíka používa ako suroviny zelený prášok karbidu kremíka.

2. Proces prípravy keramiky z karbidu kremíka

Keramický materiál z karbidu kremíka sa vyrába drvením, mletím a triedením surovín karbidu kremíka, aby sa získali častice SiC s rovnomernou distribúciou veľkosti častíc, a potom sa častice SiC, spekacie prísady a dočasné lepidlá stlačia do zeleného polotovaru a potom sa spekajú pri vysokej teplote. Avšak kvôli vysokým charakteristikám kovalentných väzieb Si-C väzieb (~ 88%) a nízkemu difúznemu koeficientu je jedným z hlavných problémov v procese prípravy obtiažnosť spekania a zahusťovania. Spôsoby prípravy keramiky z karbidu kremíka s vysokou hustotou zahŕňajú reakčné spekanie, beztlakové spekanie, spekanie pri atmosférickom tlaku, spekanie lisovaním za tepla, rekryštalizačné spekanie, spekanie izostatickým lisovaním za tepla, spekanie plazmou s iskrou atď.

Keramika z karbidu kremíka má však nevýhodu nízkej lomovej húževnatosti, teda väčšej krehkosti. Z tohto dôvodu sa v posledných rokoch jedna po druhej objavili viacfázové keramiky na báze keramiky z karbidu kremíka, ako je vystuženie vláknami (alebo fúzy), spevnenie heterogénnou disperziou častíc a gradientové funkčné materiály, ktoré zlepšujú húževnatosť a pevnosť monomérnych materiálov.

3. Aplikácia keramiky z karbidu kremíka vo fotovoltaickej oblasti

Keramika z karbidu kremíka má vynikajúcu odolnosť proti korózii, odoláva erózii chemických látok, predlžuje životnosť a neuvoľňuje škodlivé chemikálie, čo spĺňa požiadavky na ochranu životného prostredia. Podpory člnov z karbidu kremíka majú zároveň lepšie nákladové výhody. Hoci cena samotných materiálov z karbidu kremíka je pomerne vysoká, ich odolnosť a stabilita môže znížiť prevádzkové náklady a frekvenciu výmeny. Z dlhodobého hľadiska majú vyššie ekonomické výhody a stali sa hlavnými produktmi na trhu podpory fotovoltaických lodí.

Keď sa keramika z karbidu kremíka používa ako kľúčové nosné materiály vo výrobnom procese fotovoltaických článkov, podpery lodí, lodné boxy, potrubné armatúry a iné vyrobené produkty majú dobrú tepelnú stabilitu, nedeformujú sa pri vysokých teplotách a nemajú žiadne škodlivé vyzrážané znečisťujúce látky. Môžu nahradiť v súčasnosti bežne používané kremenné podpery lodí, lodné boxy a potrubné armatúry a majú významné nákladové výhody. Podpery lodí z karbidu kremíka sú vyrobené z karbidu kremíka ako hlavného materiálu. V porovnaní s tradičnými kremennými podperami lodí majú podpery lodí z karbidu kremíka lepšiu tepelnú stabilitu a dokážu udržať stabilitu v prostredí s vysokou teplotou. Podpery lodí z karbidu kremíka fungujú dobre v prostredí s vysokou teplotou a nie sú ľahko ovplyvnené teplom a nedeformujú sa alebo nepoškodia. Sú vhodné pre výrobné procesy, ktoré vyžadujú spracovanie pri vysokej teplote, čo prispieva k udržaniu stability a konzistencie výrobného procesu.

Životnosť: Podľa analýzy správy údajov: Životnosť keramiky z karbidu kremíka je viac ako 3-krát dlhšia ako životnosť podpier lodí, lodných boxov a potrubných armatúr vyrobených z kremenných materiálov, čo výrazne znižuje frekvenciu výmeny spotrebného materiálu.