Keramična tehnologija silicijevega karbida in njena uporaba na področju fotovoltaike

I. Struktura in lastnosti silicijevega karbida

Silicijev karbid SiC vsebuje silicij in ogljik. Je tipična polimorfna spojina, ki vključuje predvsem α-SiC (visokotemperaturno stabilen tip) in β-SiC (nizkotemperaturno stabilen tip). Obstaja več kot 200 polimorfov, med katerimi so bolj reprezentativni 3C-SiC β-SiC in 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC in 15R-SiC α-SiC.

Slika Polimorfna struktura SiC Ko je temperatura pod 1600 ℃, obstaja SiC v obliki β-SiC, ki ga je mogoče izdelati iz preproste mešanice silicija in ogljika pri temperaturi približno 1450 ℃. Ko je višja od 1600 ℃, se β-SiC počasi preoblikuje v različne polimorfe α-SiC. 4H-SiC je enostavno ustvariti pri približno 2000 ℃; Politipe 6H in 15R je enostavno ustvariti pri visokih temperaturah nad 2100 ℃; 6H-SiC lahko ostane zelo stabilen tudi pri temperaturah nad 2200 ℃, zato je pogostejši v industrijskih aplikacijah. Čisti silicijev karbid je brezbarven in prozoren kristal. Industrijski silicijev karbid je brezbarven, svetlo rumen, svetlo zelen, temno zelen, svetlo moder, temno moder in celo črn, pri čemer stopnja prosojnosti pada. Industrija abrazivov deli silicijev karbid v dve kategoriji glede na barvo: črni silicijev karbid in zeleni silicijev karbid. Brezbarvni do temno zeleni so razvrščeni kot zeleni silicijev karbid, svetlo modri do črni pa so razvrščeni kot črni silicijev karbid. Črni silicijev karbid in zeleni silicijev karbid sta heksagonalna kristala α-SiC. Na splošno keramika iz silicijevega karbida kot surovino uporablja prah zelenega silicijevega karbida.

2. Postopek priprave keramike iz silicijevega karbida

Keramični material iz silicijevega karbida je izdelan z drobljenjem, mletjem in razvrščanjem surovin iz silicijevega karbida, da se pridobijo delci SiC z enakomerno porazdelitvijo velikosti delcev, nato pa se delci SiC, dodatki za sintranje in začasna lepila stisnejo v zeleno surovino in nato sintrajo pri visoki temperaturi. Vendar pa je zaradi visokih značilnosti kovalentne vezi vezi Si-C (~88 %) in nizkega difuzijskega koeficienta ena glavnih težav v postopku priprave težava zgoščevanja pri sintranju. Metode priprave keramike iz silicijevega karbida visoke gostote vključujejo reakcijsko sintranje, sintranje brez tlaka, sintranje pri atmosferskem tlaku, sintranje z vročim stiskanjem, rekristalizacijsko sintranje, sintranje z vročim izostatičnim stiskanjem, sintranje s plazmo iskre itd.

Keramika iz silicijevega karbida pa ima slabost nizko lomno žilavost, to je večjo krhkost. Zaradi tega se je v zadnjih letih ena za drugo pojavila večfazna keramika na osnovi keramike iz silicijevega karbida, kot so ojačitev z vlakni (ali brki), ojačitev heterogene disperzije delcev in gradientni funkcionalni materiali, ki izboljšujejo žilavost in trdnost monomernih materialov.

3. Uporaba silicijevega karbida v fotonapetostnem polju

Keramika iz silicijevega karbida ima odlično odpornost proti koroziji, lahko se upre eroziji kemičnih snovi, podaljša življenjsko dobo in ne sprošča škodljivih kemikalij, kar izpolnjuje zahteve varstva okolja. Hkrati imajo nosilci za čolne iz silicijevega karbida tudi boljše stroškovne prednosti. Čeprav je cena samih materialov iz silicijevega karbida razmeroma visoka, lahko njihova vzdržljivost in stabilnost zmanjšata obratovalne stroške in pogostost zamenjave. Dolgoročno imajo večje gospodarske koristi in so postali glavni izdelki na trgu fotovoltaičnih podpor za čolne.

Ko se keramika iz silicijevega karbida uporablja kot ključni nosilni material v proizvodnem procesu fotonapetostnih celic, imajo nosilci za čolne, zaboji za čolne, cevni priključki in drugi izdelani izdelki dobro toplotno stabilnost, se ne deformirajo pri visokih temperaturah in nimajo škodljivih oborjenih onesnaževal. Lahko nadomestijo trenutno pogosto uporabljene kremenčeve nosilce za čolne, zaboje za čolne in priključke za cevi ter imajo pomembne stroškovne prednosti. Nosilci za čolne iz silicijevega karbida so izdelani iz silicijevega karbida kot glavnega materiala. V primerjavi s tradicionalnimi kremenčevimi nosilci za čolne imajo nosilci za čolne iz silicijevega karbida boljšo toplotno stabilnost in lahko ohranijo stabilnost v okoljih z visoko temperaturo. Nosilci za čolne iz silicijevega karbida se dobro obnesejo v okoljih z visoko temperaturo in jih toplota ne prizadene zlahka ter se ne deformirajo ali poškodujejo. Primerni so za proizvodne procese, ki zahtevajo visokotemperaturno obdelavo, kar prispeva k ohranjanju stabilnosti in doslednosti proizvodnega procesa.

Življenjska doba: Glede na analizo podatkovnega poročila: Življenjska doba keramike iz silicijevega karbida je več kot 3-krat daljša od opornikov za čolne, zabojev za čolne in cevnih priključkov iz kremenčevih materialov, kar močno zmanjša pogostost zamenjave potrošnega materiala.