Tecnoloxía cerámica de carburo de silicio e a súa aplicación no campo fotovoltaico

I. Estrutura e propiedades do carburo de silicio

O carburo de silicio SiC contén silicio e carbono. É un composto polimórfico típico, incluíndo principalmente α-SiC (tipo estable a alta temperatura) e β-SiC (tipo estable a baixa temperatura). Hai máis de 200 polimorfos, entre os que son máis representativos 3C-SiC de β-SiC e 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC e 15R-SiC de α-SiC.

Figura Estrutura polimorfa de SiC Cando a temperatura é inferior a 1600 ℃, o SiC existe en forma de β-SiC, que se pode facer a partir dunha mestura sinxela de silicio e carbono a unha temperatura duns 1450 ℃. Cando é superior a 1600 ℃, o β-SiC transfórmase lentamente en varios polimorfos de α-SiC. 4H-SiC é fácil de xerar a uns 2000 ℃; Os politipos 6H e 15R son fáciles de xerar a altas temperaturas superiores a 2100 ℃; O 6H-SiC tamén pode permanecer moi estable a temperaturas superiores a 2200 ℃, polo que é máis común en aplicacións industriais. O carburo de silicio puro é un cristal incoloro e transparente. O carburo de silicio industrial é incoloro, amarelo claro, verde claro, verde escuro, azul claro, azul escuro e ata negro, co grao de transparencia que vai diminuíndo á súa vez. A industria abrasiva divide o carburo de silicio en dúas categorías segundo a cor: carburo de silicio negro e carburo de silicio verde. Os incoloros a verde escuro clasifícanse como carburo de silicio verde e os de azul claro a negro clasifícanse como carburo de silicio negro. Tanto o carburo de silicio negro como o carburo de silicio verde son cristais hexagonais α-SiC. Xeralmente, as cerámicas de carburo de silicio usan po de carburo de silicio verde como materias primas.

2. Proceso de preparación cerámica de carburo de silicio

O material cerámico de carburo de silicio faise triturando, triturando e clasificando materias primas de carburo de silicio para obter partículas de SiC cunha distribución uniforme de tamaño de partículas, e despois presionando as partículas de SiC, aditivos de sinterización e adhesivos temporais nun branco verde e, a continuación, sinterización a alta temperatura. Non obstante, debido ás altas características de enlace covalente dos enlaces Si-C (~88%) e ao baixo coeficiente de difusión, un dos principais problemas no proceso de preparación é a dificultade da densificación da sinterización. Os métodos de preparación de cerámicas de carburo de silicio de alta densidade inclúen sinterización por reacción, sinterización sen presión, sinterización a presión atmosférica, sinterización por prensado en quente, sinterización por recristalización, sinterización por prensado isostático en quente, sinterización por plasma de chispa, etc.

Non obstante, as cerámicas de carburo de silicio teñen a desvantaxe dunha baixa tenacidade á fractura, é dicir, unha maior fraxilidade. Por este motivo, nos últimos anos apareceron unha tras outra cerámicas multifásicas baseadas en cerámicas de carburo de silicio, como o reforzo de fibras (ou bigotes), o reforzo da dispersión de partículas heteroxéneas e os materiais funcionais en gradiente, mellorando a tenacidade e resistencia dos materiais monómeros.

3. Aplicación da cerámica de carburo de silicio no campo fotovoltaico

As cerámicas de carburo de silicio teñen unha excelente resistencia á corrosión, poden resistir a erosión de substancias químicas, prolongar a vida útil e non liberarán produtos químicos nocivos, que cumpre os requisitos de protección ambiental. Ao mesmo tempo, os soportes para barcos de carburo de silicio tamén teñen mellores vantaxes de custo. Aínda que o prezo dos propios materiais de carburo de silicio é relativamente alto, a súa durabilidade e estabilidade poden reducir os custos operativos e a frecuencia de substitución. A longo prazo, teñen maiores beneficios económicos e convertéronse nos produtos principais no mercado de apoio a embarcacións fotovoltaicas.

Cando a cerámica de carburo de silicio se usa como materiais portadores clave no proceso de produción de células fotovoltaicas, os soportes para barcos, caixas de barcos, accesorios para tubos e outros produtos fabricados teñen unha boa estabilidade térmica, non se deforman a altas temperaturas e non teñen contaminantes precipitados nocivos. Poden substituír os soportes para barcos de cuarzo, caixas de barcos e accesorios para tubos de uso habitual na actualidade, e teñen importantes vantaxes de custo. Os soportes para barcos de carburo de silicio están feitos de carburo de silicio como material principal. En comparación cos soportes tradicionais para barcos de cuarzo, os soportes para barcos de carburo de silicio teñen unha mellor estabilidade térmica e poden manter a estabilidade en ambientes de alta temperatura. Os soportes para barcos de carburo de silicio funcionan ben en ambientes de alta temperatura e non se ven afectados facilmente pola calor e se deforman ou danan. Son axeitados para procesos de produción que requiren un tratamento a alta temperatura, o que favorece o mantemento da estabilidade e consistencia do proceso de produción.

Vida útil: segundo a análise do informe de datos: a vida útil da cerámica de carburo de silicio é máis de 3 veces a dos soportes para barcos, caixas de barcos e accesorios para tubos feitos de materiais de cuarzo, o que reduce moito a frecuencia de substitución de consumibles.