Кремний карбидті керамикалық технология және оны фотоэлектрлік өрісте қолдану

I. Кремний карбидінің құрылымы және қасиеттері

Кремний карбиді SiC құрамында кремний мен көміртек бар. Бұл типтік полиморфты қосылыс, оның ішінде негізінен α-SiC (жоғары температурада тұрақты түрі) және β-SiC (төмен температурада тұрақты түрі). 200-ден астам полиморфтар бар, олардың ішінде 3C-SiC β-SiC және 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC және α-SiC 15R-SiC көбірек өкілдік етеді.

Сурет SiC полиморфты құрылымы Температура 1600℃ төмен болғанда, SiC шамамен 1450℃ температурада кремний мен көміртектің қарапайым қоспасынан жасалуы мүмкін β-SiC түрінде болады. Ол 1600℃ жоғары болғанда, β-SiC баяу α-SiC әртүрлі полиморфтарына айналады. 4H-SiC 2000℃ шамасында оңай генерацияланады; 6H және 15R политиптерін 2100℃ жоғары температурада шығару оңай; 6H-SiC 2200℃ жоғары температурада да өте тұрақты болып қалуы мүмкін, сондықтан ол өнеркәсіптік қолданбаларда жиі кездеседі. Таза кремний карбиді – түссіз және мөлдір кристал. Өнеркәсіптік кремний карбиді түссіз, ашық сары, ашық жасыл, қою жасыл, ашық көк, қою көк және тіпті қара, мөлдірлік дәрежесі өз кезегінде төмендейді. Абразивті өнеркәсіп кремний карбиді түсіне қарай екі санатқа бөледі: қара кремний карбиді және жасыл кремний карбиді. Түссізден қою жасылға дейінгілер жасыл кремний карбиді, ал ашық көк пен қара түсті кремний карбиді қара болып жіктеледі. Қара кремний карбиді де, жасыл кремний карбиді де α-SiC алтыбұрышты кристалдары болып табылады. Әдетте, кремний карбиді керамика шикізат ретінде жасыл кремний карбиді ұнтағын пайдаланады.

2. Кремний карбиді керамикалық дайындау процесі

Кремний карбидті керамикалық материалды ұсақтау, ұнтақтау және кремний карбиді шикізатын біркелкі бөлшектердің мөлшеріне бөлетін SiC бөлшектерін алу үшін сорттау, содан кейін SiC бөлшектерін, агломерациялық қоспаларды және уақытша желімдерді жасыл дайындамаға басу, содан кейін жоғары температурада агломерациялау арқылы жасалады. Дегенмен, Si-C байланыстарының жоғары коваленттік байланыс сипаттамаларына байланысты (~88%) және төмен диффузия коэффициенті, дайындау процесіндегі негізгі мәселелердің бірі агломерацияның тығыздалуының қиындығы болып табылады. Жоғары тығыздықтағы кремний карбиді керамикасын дайындау әдістеріне реакциялық агломерация, қысымсыз агломерация, атмосфералық қысымды агломерация, ыстық престеу агломерация, қайта кристалдану, ыстық изостатикалық престеу, ұшқын плазмалық агломерация және т.б.

Дегенмен, кремний карбидті керамиканың кемшілігі төмен сыну беріктігі, яғни үлкен сынғыштығы бар. Осы себепті соңғы жылдары кремний карбидті керамика негізіндегі талшықты (немесе сақалды) арматура, гетерогенді бөлшектердің дисперсиясын күшейтетін және градиентті функционалды материалдар сияқты мономер материалдарының қаттылығы мен беріктігін арттыратын көп фазалы керамика бірінен соң бірі пайда болды.

3. Фотоэлектрлік өрісте кремний карбиді керамикасын қолдану

Кремний карбидті керамика тамаша коррозияға төзімділікке ие, химиялық заттардың эрозиясына қарсы тұра алады, қызмет ету мерзімін ұзартады және қоршаған ортаны қорғау талаптарына сәйкес келетін зиянды химиялық заттарды шығармайды. Сонымен қатар, кремний карбиді қайық тіректері де жақсы шығындарға ие. Кремний карбиді материалдарының бағасы салыстырмалы түрде жоғары болғанымен, олардың беріктігі мен тұрақтылығы операциялық шығындарды және ауыстыру жиілігін азайтады. Ұзақ мерзімді перспективада олар жоғары экономикалық тиімділікке ие және фотоэлектрлік қайықтарды қолдау нарығында негізгі өнімдерге айналды.

Кремний карбиді керамика фотоэлектрлік элементтерді өндіру процесінде негізгі тасымалдаушы материалдар ретінде пайдаланылған кезде, қайық тіректері, қайық қораптары, құбыр арматурасы және басқа да жасалған бұйымдар жақсы термиялық тұрақтылыққа ие, жоғары температурада деформацияланбайды және зиянды тұндырғыш ластағыштары жоқ. Олар қазіргі уақытта жиі қолданылатын кварц қайық тіректерін, қайық қораптарын және құбыр фитингтерін ауыстыра алады және айтарлықтай шығындарға ие. Кремний карбиді қайық тіректері негізгі материал ретінде кремний карбидінен жасалған. Дәстүрлі кварц қайық тіректерімен салыстырғанда, кремний карбиді қайық тіректері жақсы термиялық тұрақтылыққа ие және жоғары температуралы ортада тұрақтылықты сақтай алады. Кремний карбиді қайық тіректері жоғары температуралы ортада жақсы жұмыс істейді және қызу әсерінен оңай әсер етпейді және деформацияланбайды немесе зақымдалмайды. Олар жоғары температуралық өңдеуді қажет ететін өндірістік процестерге жарамды, бұл өндіріс процесінің тұрақтылығы мен дәйектілігін сақтауға қолайлы.

Қызмет ету мерзімі: Деректер есебінің талдауына сәйкес: Кремний карбидті керамиканың қызмет ету мерзімі қайық тіректерінен, қайық қораптарынан және кварц материалдарынан жасалған құбыр арматурасынан 3 есе көп, бұл шығын материалдарын ауыстыру жиілігін айтарлықтай азайтады.