Technologia ceramiki z węglika krzemu i jej zastosowanie w dziedzinie fotowoltaiki

I. Struktura i właściwości węglika krzemu

Węglik krzemu SiC zawiera krzem i węgiel. Jest to typowy związek polimorficzny, w którego skład wchodzą głównie α-SiC (typ stabilny w wysokich temperaturach) i β-SiC (typ stabilny w niskich temperaturach). Istnieje ponad 200 odmian polimorficznych, wśród których bardziej reprezentatywne są 3C-SiC β-SiC i 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC i 15R-SiC α-SiC.

Rysunek Struktura polimorficzna SiC Gdy temperatura jest niższa niż 1600℃, SiC występuje w postaci β-SiC, który można wytworzyć z prostej mieszaniny krzemu i węgla w temperaturze około 1450℃. Gdy jest wyższa niż 1600 ℃, β-SiC powoli przekształca się w różne polimorfy α-SiC. 4H-SiC można łatwo wygenerować w temperaturze około 2000 ℃; Politypy 6H i 15R można łatwo wygenerować w wysokich temperaturach powyżej 2100℃; 6H-SiC może również pozostać bardzo stabilny w temperaturach powyżej 2200 ℃, dlatego jest bardziej powszechny w zastosowaniach przemysłowych. Czysty węglik krzemu jest bezbarwnym i przezroczystym kryształem. Przemysłowy węglik krzemu jest bezbarwny, jasnożółty, jasnozielony, ciemnozielony, jasnoniebieski, ciemnoniebieski, a nawet czarny, przy czym stopień przezroczystości maleje. Przemysł ścierny dzieli węglik krzemu na dwie kategorie według koloru: czarny węglik krzemu i zielony węglik krzemu. Te bezbarwne do ciemnozielonych są klasyfikowane jako zielony węglik krzemu, a jasnoniebieskie do czarnych są klasyfikowane jako czarny węglik krzemu. Zarówno czarny węglik krzemu, jak i zielony węglik krzemu są sześciokątnymi kryształami α-SiC. Ogólnie rzecz biorąc, ceramika z węglika krzemu wykorzystuje jako surowiec zielony proszek węglika krzemu.

2. Proces przygotowania ceramiki z węglika krzemu

Materiał ceramiczny z węglika krzemu wytwarza się poprzez kruszenie, mielenie i sortowanie surowców węglika krzemu w celu uzyskania cząstek SiC o równomiernym rozkładzie wielkości cząstek, a następnie prasowanie cząstek SiC, dodatków do spiekania i klejów tymczasowych w surowy półfabrykat, a następnie spiekanie w wysokiej temperaturze. Jednakże, ze względu na wysoką charakterystykę wiązań kowalencyjnych Si-C (~88%) i niski współczynnik dyfuzji, jednym z głównych problemów w procesie przygotowania jest trudność zagęszczenia spiekania. Metody przygotowania ceramiki z węglika krzemu o dużej gęstości obejmują spiekanie reakcyjne, spiekanie bezciśnieniowe, spiekanie pod ciśnieniem atmosferycznym, spiekanie przez prasowanie na gorąco, spiekanie rekrystalizacyjne, spiekanie przez prasowanie izostatyczne na gorąco, spiekanie plazmowe iskrowe itp.

Jednakże ceramika z węglika krzemu ma tę wadę, że jest niska odporność na pękanie, to znaczy większa kruchość. Z tego powodu w ostatnich latach pojawiały się jedna po drugiej ceramika wielofazowa na bazie ceramiki z węglika krzemu, taka jak wzmocnienia włókniste (lub wąsy), wzmacniające dyspersję cząstek heterogenicznych i materiały z funkcją gradientową, poprawiające udarność i wytrzymałość materiałów monomerowych.

3. Zastosowanie ceramiki z węglika krzemu w polu fotowoltaicznym

Ceramika z węglika krzemu ma doskonałą odporność na korozję, jest odporna na erozję substancji chemicznych, wydłuża żywotność i nie uwalnia szkodliwych substancji chemicznych, co spełnia wymogi ochrony środowiska. Jednocześnie wsporniki łodzi z węglika krzemu mają również lepsze zalety kosztowe. Chociaż cena samych materiałów z węglika krzemu jest stosunkowo wysoka, ich trwałość i stabilność mogą zmniejszyć koszty operacyjne i częstotliwość wymiany. W dłuższej perspektywie przynoszą większe korzyści ekonomiczne i stały się głównymi produktami na rynku wsparcia łodzi fotowoltaicznych.

Gdy ceramika z węglika krzemu jest stosowana jako kluczowe materiały nośne w procesie produkcji ogniw fotowoltaicznych, podpory łodzi, skrzynie do łodzi, łączniki rur i inne wykonane produkty charakteryzują się dobrą stabilnością termiczną, nie odkształcają się w wysokich temperaturach i nie zawierają szkodliwych wytrąconych substancji zanieczyszczających. Mogą zastąpić obecnie powszechnie stosowane kwarcowe wsporniki do łodzi, skrzynie do łodzi i łączniki rurowe, a także zapewniają znaczne korzyści kosztowe. Podpory łodzi z węglika krzemu są wykonane z węglika krzemu jako głównego materiału. W porównaniu z tradycyjnymi wspornikami łodzi kwarcowych, wsporniki łodzi z węglika krzemu mają lepszą stabilność termiczną i mogą utrzymać stabilność w środowiskach o wysokiej temperaturze. Wsporniki łodzi z węglika krzemu dobrze sprawdzają się w środowiskach o wysokiej temperaturze i nie ulegają łatwo wpływowi ciepła oraz deformacji lub uszkodzeniu. Nadają się do procesów produkcyjnych wymagających obróbki wysokotemperaturowej, co sprzyja zachowaniu stabilności i spójności procesu produkcyjnego.

Żywotność: Zgodnie z analizą raportu danych: Żywotność ceramiki z węglika krzemu jest ponad 3 razy większa niż w przypadku podpór do łodzi, skrzyń do łodzi i łączników rurowych wykonanych z materiałów kwarcowych, co znacznie zmniejsza częstotliwość wymiany materiałów eksploatacyjnych.