I. Δομή και ιδιότητες καρβιδίου του πυριτίου
Το καρβίδιο του πυριτίου SiC περιέχει πυρίτιο και άνθρακα. Είναι μια τυπική πολυμορφική ένωση, που περιλαμβάνει κυρίως το α-SiC (τύπος σταθερού σε υψηλή θερμοκρασία) και το β-SiC (σταθερός τύπος χαμηλής θερμοκρασίας). Υπάρχουν περισσότερα από 200 πολύμορφα, μεταξύ των οποίων το 3C-SiC του β-SiC και το 2H-SiC, το 4H-SiC, το 6H-SiC και το 15R-SiC του α-SiC είναι πιο αντιπροσωπευτικά.
Σχήμα πολυμορφική δομή SiC Όταν η θερμοκρασία είναι κάτω από 1600℃, το SiC υπάρχει με τη μορφή β-SiC, το οποίο μπορεί να κατασκευαστεί από ένα απλό μείγμα πυριτίου και άνθρακα σε θερμοκρασία περίπου 1450℃. Όταν είναι υψηλότερο από 1600℃, το β-SiC μετατρέπεται αργά σε διάφορα πολύμορφα του α-SiC. Το 4H-SiC δημιουργείται εύκολα στους 2000℃ περίπου. Οι πολυτύποι 6H και 15R δημιουργούνται εύκολα σε υψηλές θερμοκρασίες πάνω από 2100℃. Το 6H-SiC μπορεί επίσης να παραμείνει πολύ σταθερό σε θερμοκρασίες πάνω από 2200℃, επομένως είναι πιο συνηθισμένο σε βιομηχανικές εφαρμογές. Το καθαρό καρβίδιο του πυριτίου είναι ένας άχρωμος και διαφανής κρύσταλλος. Το βιομηχανικό καρβίδιο του πυριτίου είναι άχρωμο, ανοιχτό κίτρινο, ανοιχτό πράσινο, σκούρο πράσινο, ανοιχτό μπλε, σκούρο μπλε και ακόμη και μαύρο, με τον βαθμό διαφάνειας να μειώνεται με τη σειρά του. Η βιομηχανία λειαντικών διαχωρίζει το καρβίδιο του πυριτίου σε δύο κατηγορίες ανάλογα με το χρώμα: μαύρο καρβίδιο του πυριτίου και πράσινο καρβίδιο του πυριτίου. Τα άχρωμα έως σκούρα πράσινα ταξινομούνται ως πράσινο καρβίδιο του πυριτίου και τα ανοιχτό μπλε έως μαύρο ως καρβίδιο του πυριτίου μαύρου. Τόσο το μαύρο καρβίδιο του πυριτίου όσο και το πράσινο καρβίδιο του πυριτίου είναι α-SiC εξαγωνικοί κρύσταλλοι. Γενικά, τα κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου χρησιμοποιούν πράσινη σκόνη καρβιδίου του πυριτίου ως πρώτες ύλες.
2. Διαδικασία παρασκευής κεραμικού καρβιδίου του πυριτίου
Το κεραμικό υλικό καρβιδίου του πυριτίου κατασκευάζεται με σύνθλιψη, άλεση και ταξινόμηση πρώτων υλών καρβιδίου του πυριτίου για τη λήψη σωματιδίων SiC με ομοιόμορφη κατανομή μεγέθους σωματιδίων και στη συνέχεια συμπίεση των σωματιδίων SiC, πυροσυσσωμάτωση πρόσθετων και προσωρινών συγκολλητικών σε ένα πράσινο κενό και στη συνέχεια πυροσυσσωμάτωση σε υψηλή θερμοκρασία. Ωστόσο, λόγω των υψηλών χαρακτηριστικών ομοιοπολικού δεσμού των δεσμών Si-C (~88%) και του χαμηλού συντελεστή διάχυσης, ένα από τα κύρια προβλήματα στη διαδικασία παρασκευής είναι η δυσκολία της συμπύκνωσης πυροσυσσωμάτωσης. Οι μέθοδοι παρασκευής κεραμικών καρβιδίου του πυριτίου υψηλής πυκνότητας περιλαμβάνουν πυροσυσσωμάτωση αντίδρασης, πυροσυσσωμάτωση χωρίς πίεση, πυροσυσσωμάτωση ατμοσφαιρικής πίεσης, πυροσυσσωμάτωση εν θερμώ συμπίεση, πυροσυσσωμάτωση ανακρυστάλλωσης, πυροσυσσωμάτωση με θερμή ισοστατική συμπίεση, πυροσυσσωμάτωση με σπινθήρα, κ.λπ.
Ωστόσο, τα κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου έχουν το μειονέκτημα της χαμηλής αντοχής στη θραύση, δηλαδή μεγαλύτερης ευθραυστότητας. Για το λόγο αυτό, τα τελευταία χρόνια, πολυφασικά κεραμικά με βάση τα κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου, όπως ενίσχυση ινών (ή μουστάκι), ετερογενή ενίσχυση διασποράς σωματιδίων και λειτουργικά υλικά βαθμίδωσης έχουν εμφανιστεί το ένα μετά το άλλο, βελτιώνοντας την σκληρότητα και την αντοχή των μονομερών υλικών.
3. Εφαρμογή κεραμικών καρβιδίου του πυριτίου στο φωτοβολταϊκό πεδίο
Τα κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου έχουν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, μπορούν να αντισταθούν στη διάβρωση χημικών ουσιών, να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής και δεν θα απελευθερώσουν επιβλαβή χημικά, τα οποία πληρούν τις απαιτήσεις προστασίας του περιβάλλοντος. Ταυτόχρονα, τα στηρίγματα σκαφών από καρβίδιο του πυριτίου έχουν επίσης καλύτερα πλεονεκτήματα κόστους. Αν και η τιμή των ίδιων των υλικών καρβιδίου του πυριτίου είναι σχετικά υψηλή, η ανθεκτικότητα και η σταθερότητά τους μπορούν να μειώσουν το λειτουργικό κόστος και τη συχνότητα αντικατάστασης. Μακροπρόθεσμα, έχουν υψηλότερα οικονομικά οφέλη και έχουν γίνει τα κύρια προϊόντα στην αγορά υποστήριξης φωτοβολταϊκών σκαφών.
Όταν τα κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου χρησιμοποιούνται ως βασικά υλικά μεταφοράς στη διαδικασία παραγωγής φωτοβολταϊκών στοιχείων, τα στηρίγματα σκαφών, τα κιβώτια σκαφών, τα εξαρτήματα σωλήνων και άλλα προϊόντα έχουν καλή θερμική σταθερότητα, δεν παραμορφώνονται σε υψηλές θερμοκρασίες και δεν έχουν επιβλαβείς ρύπους. Μπορούν να αντικαταστήσουν τα ευρέως χρησιμοποιούμενα σήμερα στηρίγματα σκαφών από χαλαζία, κουτιά σκαφών και εξαρτήματα σωλήνων και έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα κόστους. Τα στηρίγματα σκαφών καρβιδίου πυριτίου είναι κατασκευασμένα από καρβίδιο του πυριτίου ως κύριο υλικό. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά στηρίγματα σκαφών από χαλαζία, τα στηρίγματα σκαφών από καρβίδιο του πυριτίου έχουν καλύτερη θερμική σταθερότητα και μπορούν να διατηρήσουν τη σταθερότητα σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας. Τα στηρίγματα καρβιδίου του πυριτίου αποδίδουν καλά σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας και δεν επηρεάζονται εύκολα από τη θερμότητα και δεν παραμορφώνονται ή καταστρέφονται. Είναι κατάλληλα για διαδικασίες παραγωγής που απαιτούν επεξεργασία υψηλής θερμοκρασίας, η οποία συμβάλλει στη διατήρηση της σταθερότητας και της συνέπειας της παραγωγικής διαδικασίας.
Διάρκεια ζωής: Σύμφωνα με την ανάλυση της αναφοράς δεδομένων: Η διάρκεια ζωής των κεραμικών καρβιδίου του πυριτίου είναι μεγαλύτερη από 3 φορές εκείνη των στηρίξεων σκαφών, των κιβωτίων σκαφών και των εξαρτημάτων σωλήνων από υλικά χαλαζία, γεγονός που μειώνει σημαντικά τη συχνότητα αντικατάστασης των αναλωσίμων.
Ώρα δημοσίευσης: Οκτ-21-2024