Silisyum karbür seramik teknolojisi ve fotovoltaik alandaki uygulaması

I. Silisyum karbür yapısı ve özellikleri

Silisyum karbür SiC, silikon ve karbon içerir. Esas olarak α-SiC (yüksek sıcaklıkta stabil tip) ve β-SiC (düşük sıcaklıkta stabil tip) içeren tipik bir polimorfik bileşiktir. 200'den fazla polimorf vardır; bunların arasında β-SiC'nin 3C-SiC'si ve 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC ve α-SiC'nin 15R-SiC'si daha temsilidir.

Şekil SiC polimorf yapısı Sıcaklık 1600°C'nin altında olduğunda SiC, yaklaşık 1450°C sıcaklıkta basit bir silikon ve karbon karışımından yapılabilen β-SiC formunda bulunur. 1600°C'den yüksek olduğunda, β-SiC yavaş yavaş α-SiC'nin çeşitli polimorflarına dönüşür. 4H-SiC'nin 2000°C civarında üretilmesi kolaydır; 6H ve 15R politiplerinin 2100°C'nin üzerindeki yüksek sıcaklıklarda üretilmesi kolaydır; 6H-SiC, 2200°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda da oldukça kararlı kalabilir, bu nedenle endüstriyel uygulamalarda daha yaygındır. Saf silisyum karbür renksiz ve şeffaf bir kristaldir. Endüstriyel silisyum karbür renksiz, açık sarı, açık yeşil, koyu yeşil, açık mavi, lacivert ve hatta siyahtır ve şeffaflık derecesi sırasıyla azalır. Aşındırıcı endüstrisi silisyum karbürü rengine göre iki kategoriye ayırır: siyah silisyum karbür ve yeşil silisyum karbür. Renksiz ila koyu yeşil olanlar yeşil silisyum karbür, açık mavi ila siyah olanlar ise siyah silisyum karbür olarak sınıflandırılır. Hem siyah silisyum karbür hem de yeşil silisyum karbür, α-SiC altıgen kristallerdir. Genellikle silisyum karbür seramikleri hammadde olarak yeşil silisyum karbür tozu kullanır.

2. Silisyum karbür seramik hazırlama işlemi

Silisyum karbür seramik malzeme, eşit parçacık boyutu dağılımına sahip SiC parçacıkları elde etmek için silisyum karbür hammaddelerinin ezilmesi, öğütülmesi ve derecelendirilmesi ve ardından SiC parçacıklarının, sinterleme katkı maddelerinin ve geçici yapıştırıcıların yeşil bir boşluğa preslenmesi ve ardından yüksek sıcaklıkta sinterlenmesiyle yapılır. Ancak Si-C bağlarının yüksek kovalent bağ özellikleri (~%88) ve düşük difüzyon katsayısı nedeniyle, hazırlama prosesindeki ana sorunlardan biri sinterleme yoğunlaştırmasının zorluğudur. Yüksek yoğunluklu silisyum karbür seramiklerin hazırlanma yöntemleri arasında reaksiyon sinterlemesi, basınçsız sinterleme, atmosferik basınç sinterlemesi, sıcak presleme sinterlemesi, yeniden kristalizasyon sinterlemesi, sıcak izostatik presleme sinterlemesi, kıvılcım plazma sinterlemesi vb. yer alır.

Ancak silisyum karbür seramiklerin kırılma dayanıklılığının düşük olması, yani daha fazla kırılganlık gibi bir dezavantajı vardır. Bu nedenle son yıllarda fiber (veya bıyık) takviyesi, heterojen parçacık dispersiyonunu güçlendirme ve gradyan fonksiyonel malzemeler gibi silisyum karbür seramiklerine dayalı çok fazlı seramikler birbiri ardına ortaya çıkmış ve monomer malzemelerin dayanıklılığını ve mukavemetini arttırmıştır.

3. Fotovoltaik alanda silisyum karbür seramiklerin uygulanması

Silisyum karbür seramikler mükemmel korozyon direncine sahiptir, kimyasal maddelerin aşınmasına karşı koyabilir, servis ömrünü uzatabilir ve çevre koruma gereksinimlerini karşılayan zararlı kimyasalları salmaz. Aynı zamanda silisyum karbür tekne destekleri daha iyi maliyet avantajına da sahiptir. Silisyum karbür malzemelerin fiyatı nispeten yüksek olmasına rağmen, dayanıklılıkları ve stabiliteleri işletme maliyetlerini ve değiştirme sıklığını azaltabilir. Uzun vadede ekonomik faydaları daha yüksektir ve fotovoltaik tekne destek pazarında ana ürün haline gelmişlerdir.

Silisyum karbür seramikler, fotovoltaik hücrelerin üretim sürecinde ana taşıyıcı malzemeler olarak kullanıldığında, yapılan tekne destekleri, tekne kutuları, boru bağlantı parçaları ve diğer ürünler iyi bir termal stabiliteye sahiptir, yüksek sıcaklıklarda deforme olmaz ve zararlı çökelmiş kirletici maddeler içermez. Şu anda yaygın olarak kullanılan kuvars tekne desteklerinin, tekne kutularının ve boru bağlantı parçalarının yerini alabilirler ve önemli maliyet avantajlarına sahiptirler. Silisyum karbür tekne destekleri ana malzeme olarak silisyum karbürden yapılmıştır. Geleneksel kuvars tekne destekleriyle karşılaştırıldığında, silisyum karbür tekne destekleri daha iyi termal stabiliteye sahiptir ve yüksek sıcaklıktaki ortamlarda stabiliteyi koruyabilir. Silikon karbür tekne destekleri yüksek sıcaklıktaki ortamlarda iyi performans gösterir ve ısıdan kolayca etkilenmez, deforme olmaz veya hasar görmez. Üretim sürecinin istikrarını ve tutarlılığını korumaya yardımcı olan, yüksek sıcaklıkta işlem gerektiren üretim süreçleri için uygundurlar.

Hizmet ömrü: Veri raporu analizine göre: Silisyum karbür seramiklerin hizmet ömrü, kuvars malzemelerden yapılmış tekne desteklerinin, tekne kutularının ve boru bağlantı parçalarının hizmet ömründen 3 kat daha fazladır, bu da sarf malzemelerinin değiştirilme sıklığını büyük ölçüde azaltır.