Tehnologija silicijum karbidne keramike i njena primena u fotonaponskom polju

I. Struktura i svojstva silicijum karbida

Silicijum karbid SiC sadrži silicijum i ugljenik. To je tipično polimorfno jedinjenje, koje uglavnom uključuje α-SiC (tip stabilan na visokoj temperaturi) i β-SiC (tip stabilan na niskim temperaturama). Postoji više od 200 polimorfa, među kojima su reprezentativniji 3C-SiC β-SiC i 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC i 15R-SiC α-SiC.

Slika Polimorfna struktura SiC Kada je temperatura ispod 1600℃, SiC postoji u obliku β-SiC, koji se može napraviti od jednostavne mešavine silicijuma i ugljenika na temperaturi od oko 1450℃. Kada je viši od 1600℃, β-SiC se polako transformiše u različite polimorfe α-SiC. 4H-SiC se lako proizvodi na oko 2000℃; 6H i 15R politipovi se lako generišu na visokim temperaturama iznad 2100℃; 6H-SiC također može ostati vrlo stabilan na temperaturama iznad 2200℃, tako da je češći u industrijskim primjenama. Čisti silicijum karbid je bezbojni i prozirni kristal. Industrijski silicijum karbid je bezbojan, svetlo žuti, svetlozeleni, tamnozeleni, svetloplavi, tamnoplavi, pa čak i crni, sa stepenom transparentnosti koji se smanjuje. Industrija abraziva dijeli silicijum karbid u dvije kategorije prema boji: crni silicijum karbid i zeleni silicijum karbid. Bezbojni do tamnozeleni se klasifikuju kao zeleni silicijum karbid, a svetloplavi do crni se klasifikuju kao crni silicijum karbid. I crni silicijum karbid i zeleni silicijum karbid su α-SiC heksagonalni kristali. Općenito, silicijum karbidna keramika koristi zeleni prah silicijum karbida kao sirovinu.

2. Proces pripreme keramike od silicijum karbida

Keramički materijal od silicijum karbida se proizvodi drobljenjem, mlevenjem i klasifikovanjem sirovina od silicijum karbida da bi se dobile čestice SiC sa ujednačenom distribucijom veličine čestica, a zatim presovanjem čestica SiC, aditiva za sinterovanje i privremenih lepkova u zelenu praznu površinu, a zatim sinterovanjem 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 sinterovanja. Metode pripreme silicijum karbidne keramike visoke gustine uključuju reakcijsko sinterovanje, sinterovanje bez pritiska, sinterovanje pod atmosferskim pritiskom, sinterovanje vrućim presovanjem, rekristalizaciono sinterovanje, sinterovanje vrućim izostatskim presovanjem, sinterovanje s iskra plazma itd.

Međutim, silicijum karbidna keramika ima nedostatak niske žilavosti loma, odnosno veće krhkosti. Iz tog razloga se posljednjih godina pojavljuju jedna za drugom višefazna keramika na bazi silicij karbidne keramike, kao što je armatura vlaknima (ili brkovi), ojačanje heterogene disperzije čestica i gradijentni funkcionalni materijali koji poboljšavaju žilavost i čvrstoću monomernih materijala.

3. Primjena silicijum karbidne keramike u fotonaponskom polju

Keramika od silicijum karbida ima odličnu otpornost na koroziju, može odoleti eroziji hemijskih supstanci, produžiti radni vek i neće ispuštati štetne hemikalije, što zadovoljava zahteve zaštite životne sredine. U isto vrijeme, nosači za čamce od silicijum-karbida također imaju bolje cijene. Iako je cijena samih materijala od silicijum karbida relativno visoka, njihova izdržljivost i stabilnost mogu smanjiti operativne troškove i učestalost zamjene. Dugoročno, oni imaju veće ekonomske koristi i postali su glavni proizvodi na tržištu podrške fotonaponskim čamcima.

Kada se silicijum karbidna keramika koristi kao ključni materijali za nosenje u procesu proizvodnje fotonaponskih ćelija, nosači za čamce, kutije za čamce, spojevi za cevi i drugi proizvodi imaju dobru termičku stabilnost, ne deformišu se na visokim temperaturama i nemaju štetnih taloženih zagađivača. Oni mogu zamijeniti trenutno uobičajene kvarcne nosače za čamce, kutije za čamce i spojeve za cijevi i imaju značajne prednosti u pogledu troškova. Nosači za čamce od silicijum karbida su napravljeni od silicijum karbida kao glavnog materijala. U poređenju sa tradicionalnim kvarcnim nosačima za čamce, nosači za čamce od silicijum karbida imaju bolju termičku stabilnost i mogu održavati stabilnost u okruženjima sa visokim temperaturama. Nosači za čamce od silicijum-karbida dobro rade u okruženjima s visokim temperaturama i na njih nije lako utjecati toplina i deformirati se ili oštetiti. Pogodni su za proizvodne procese koji zahtijevaju visokotemperaturnu obradu, što pogoduje održavanju stabilnosti i konzistentnosti proizvodnog procesa.

Vijek trajanja: Prema analizi izvještaja podataka: vijek trajanja silicij karbidne keramike je više od 3 puta veći od nositelja za čamce, kutija za čamce i cijevnih spojnica od kvarcnih materijala, što uvelike smanjuje učestalost zamjene potrošnog materijala.