სილიციუმის კარბიდის კერამიკული ტექნოლოგია და მისი გამოყენება ფოტოელექტრული სფეროში

I. სილიციუმის კარბიდის სტრუქტურა და თვისებები

სილიციუმის კარბიდი SiC შეიცავს სილიციუმს და ნახშირბადს. ეს არის ტიპიური პოლიმორფული ნაერთი, ძირითადად მოიცავს α-SiC (მაღალ ტემპერატურაზე სტაბილური ტიპი) და β-SiC (დაბალ ტემპერატურაზე სტაბილური ტიპი). არსებობს 200-ზე მეტი პოლიმორფი, რომელთა შორის β-SiC და 2H-SiC 3C-SiC, α-SiC 4H-SiC, 6H-SiC და 15R-SiC უფრო წარმომადგენლობითია.

ფიგურა SiC პოლიმორფული სტრუქტურა როცა ტემპერატურა 1600℃-ზე დაბალია, SiC არსებობს β-SiC-ის სახით, რომელიც შეიძლება დამზადდეს სილიციუმის და ნახშირბადის მარტივი ნარევიდან დაახლოებით 1450℃ ტემპერატურაზე. როდესაც ის 1600℃-ზე მაღალია, β-SiC ნელა გარდაიქმნება α-SiC-ის სხვადასხვა პოლიმორფებად. 4H-SiC ადვილად წარმოიქმნება დაახლოებით 2000℃ ტემპერატურაზე; 6H და 15R პოლიტიპები ადვილად წარმოიქმნება 2100℃ მაღალ ტემპერატურაზე; 6H-SiC ასევე შეიძლება დარჩეს ძალიან სტაბილური 2200℃-ზე მაღალ ტემპერატურაზე, ამიტომ უფრო გავრცელებულია სამრეწველო პროგრამებში. სუფთა სილიციუმის კარბიდი არის უფერო და გამჭვირვალე კრისტალი. სამრეწველო სილიციუმის კარბიდი არის უფერო, ღია ყვითელი, ღია მწვანე, მუქი მწვანე, ღია ლურჯი, მუქი ლურჯი და შავიც კი, გამჭვირვალობის ხარისხი თავის მხრივ მცირდება. აბრაზიული ინდუსტრია სილიციუმის კარბიდს ყოფს ორ კატეგორიად ფერის მიხედვით: შავი სილიციუმის კარბიდი და მწვანე სილიციუმის კარბიდი. უფეროდან მუქ მწვანემდე კლასიფიცირდება როგორც მწვანე სილიციუმის კარბიდი, ხოლო ღია ცისფერიდან შავამდე კლასიფიცირებულია როგორც შავი სილიციუმის კარბიდი. ორივე შავი სილიციუმის კარბიდი და მწვანე სილიციუმის კარბიდი არის α-SiC ექვსკუთხა კრისტალები. ზოგადად, სილიციუმის კარბიდის კერამიკა იყენებს მწვანე სილიციუმის კარბიდის ფხვნილს, როგორც ნედლეულს.

2. სილიციუმის კარბიდის კერამიკული მომზადების პროცესი

სილიციუმის კარბიდის კერამიკული მასალა მზადდება სილიციუმის კარბიდის ნედლეულის დაქუცმაცებით, დაფქვით და დახარისხებით, რათა მივიღოთ SiC ნაწილაკები ნაწილაკების ზომის ერთგვაროვანი განაწილებით, შემდეგ კი SiC ნაწილაკების დაჭერით, დანამატების და დროებითი ადჰეზივების შერევით მწვანე ბლანკში, შემდეგ კი მაღალ ტემპერატურაზე შედუღებით. თუმცა, Si-C ბმების მაღალი კოვალენტური ბმის მახასიათებლების (~ 88%) და დაბალი დიფუზიის კოეფიციენტის გამო, მომზადების პროცესში ერთ-ერთი მთავარი პრობლემა არის აგლომერაციის გამკვრივების სირთულე. სილიციუმის კარბიდის მაღალი სიმკვრივის კერამიკის მომზადების მეთოდებს მიეკუთვნება რეაქციული აგლომება, უწნეო აგლომება, ატმოსფერული წნევით აგლომება, ცხელი წნევით შედუღება, რეკრისტალიზაციის აგლომება, ცხელი იზოსტატიკური წნევით შედუღება, ნაპერწკალი პლაზმური აგლომერაცია და ა.შ.

ამასთან, სილიციუმის კარბიდის კერამიკას აქვს დაბალი მოტეხილობის სიმტკიცე, ანუ უფრო დიდი მტვრევადი. ამ მიზეზით, ბოლო წლებში, ერთმანეთის მიყოლებით გამოჩნდა სილიციუმის კარბიდის კერამიკაზე დაფუძნებული მრავალფაზიანი კერამიკა, როგორიცაა ბოჭკოვანი (ან ულვაში) გამაგრება, ნაწილაკების დისპერსიის ჰეტეროგენული გამაძლიერებელი და გრადიენტური ფუნქციონალური მასალები, რაც აუმჯობესებს მონომერული მასალების სიმტკიცეს და სიმტკიცეს.

3. სილიციუმის კარბიდის კერამიკის გამოყენება ფოტოელექტრო ველში

სილიციუმის კარბიდის კერამიკას აქვს შესანიშნავი კოროზიის წინააღმდეგობა, შეუძლია წინააღმდეგობა გაუწიოს ქიმიური ნივთიერებების ეროზიას, გაახანგრძლივოს მომსახურების ვადა და არ გამოყოფს მავნე ქიმიკატებს, რომლებიც აკმაყოფილებს გარემოს დაცვის მოთხოვნებს. ამავდროულად, სილიციუმის კარბიდის ნავების საყრდენებს ასევე აქვთ უკეთესი ღირებულების უპირატესობა. მიუხედავად იმისა, რომ თავად სილიციუმის კარბიდის მასალების ფასი შედარებით მაღალია, მათმა გამძლეობამ და სტაბილურობამ შეიძლება შეამციროს საოპერაციო ხარჯები და ჩანაცვლების სიხშირე. გრძელვადიან პერსპექტივაში, მათ აქვთ უფრო მაღალი ეკონომიკური სარგებელი და გახდნენ ძირითადი პროდუქტები ფოტოელექტრული ნავების მხარდაჭერის ბაზარზე.

როდესაც სილიციუმის კარბიდის კერამიკა გამოიყენება, როგორც ძირითადი გადამზიდავი მასალა ფოტოელექტრული უჯრედების წარმოების პროცესში, ნავის საყრდენებს, ნავის ყუთებს, მილების ფიტინგებს და სხვა პროდუქტებს აქვთ კარგი თერმული სტაბილურობა, არ დეფორმირდება მაღალ ტემპერატურაზე და არ გააჩნიათ მავნე დალექილი დამაბინძურებლები. მათ შეუძლიათ შეცვალონ ამჟამად ხშირად გამოყენებული კვარცის ნავის საყრდენები, ნავის ყუთები და მილების ფიტინგები და აქვთ მნიშვნელოვანი უპირატესობები ღირებულებით. სილიციუმის კარბიდის ნავის საყრდენები დამზადებულია სილიციუმის კარბიდისგან, როგორც ძირითადი მასალისგან. ტრადიციულ კვარცის ნავების საყრდენებთან შედარებით, სილიციუმის კარბიდის ნავების საყრდენებს აქვთ უკეთესი თერმული სტაბილურობა და შეუძლიათ სტაბილურობის შენარჩუნება მაღალი ტემპერატურის გარემოში. სილიკონის კარბიდის ნავების საყრდენები კარგად მუშაობს მაღალი ტემპერატურის გარემოში და არ არის ადვილად ზემოქმედება სიცხისგან და დეფორმირებული ან დაზიანებული. ისინი შესაფერისია წარმოების პროცესებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ მაღალ ტემპერატურაზე დამუშავებას, რაც ხელს უწყობს წარმოების პროცესის სტაბილურობასა და თანმიმდევრულობას.

მომსახურების ვადა: მონაცემთა ანგარიშის ანალიზის მიხედვით: სილიციუმის კარბიდის კერამიკის მომსახურების ვადა 3-ჯერ აღემატება ნავის საყრდენებს, ნავის ყუთებს და კვარცის მასალებისგან დამზადებული მილების ფიტინგებს, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს სახარჯო მასალის გამოცვლის სიხშირეს.