تكنولوجيا سيراميك كربيد السيليكون وتطبيقاتها في المجال الكهروضوئي

I. هيكل وخصائص كربيد السيليكون

يحتوي كربيد السيليكون SiC على السيليكون والكربون. وهو مركب نموذجي متعدد الأشكال، يتضمن بشكل رئيسي α-SiC (النوع المستقر لدرجة الحرارة العالية) وβ-SiC (النوع المستقر لدرجة الحرارة المنخفضة). هناك أكثر من 200 شكل متعدد الأشكال، من بينها 3C-SiC لـ β-SiC و2H-SiC و4H-SiC و6H-SiC و15R-SiC لـ α-SiC أكثر تمثيلاً.

الشكل هيكل متعدد الأشكال SiC عندما تكون درجة الحرارة أقل من 1600 درجة مئوية، يوجد SiC في شكل β-SiC، والذي يمكن تصنيعه من خليط بسيط من السيليكون والكربون عند درجة حرارة حوالي 1450 درجة مئوية. عندما تكون درجة الحرارة أعلى من 1600 درجة مئوية، يتحول β-SiC ببطء إلى أشكال متعددة من α-SiC. من السهل توليد 4H-SiC عند حوالي 2000 درجة مئوية؛ من السهل إنشاء الأنواع المتعددة 6H و15R عند درجات حرارة عالية تزيد عن 2100 درجة مئوية؛ يمكن أيضًا أن يظل 6H-SiC مستقرًا جدًا عند درجات حرارة أعلى من 2200 درجة مئوية، لذلك فهو أكثر شيوعًا في التطبيقات الصناعية. كربيد السيليكون النقي عبارة عن بلورة عديمة اللون وشفافة. كربيد السيليكون الصناعي عديم اللون، أصفر فاتح، أخضر فاتح، أخضر داكن، أزرق فاتح، أزرق داكن وحتى أسود، مع انخفاض درجة الشفافية بدوره. تقسم صناعة المواد الكاشطة كربيد السيليكون إلى فئتين حسب اللون: كربيد السيليكون الأسود وكربيد السيليكون الأخضر. تصنف عديمة اللون إلى اللون الأخضر الداكن على أنها كربيد السيليكون الأخضر، وتصنف تلك ذات اللون الأزرق الفاتح إلى الأسود على أنها كربيد السيليكون الأسود. كل من كربيد السيليكون الأسود وكربيد السيليكون الأخضر عبارة عن بلورات سداسية α-SiC. بشكل عام، يستخدم سيراميك كربيد السيليكون مسحوق كربيد السيليكون الأخضر كمواد خام.

2. عملية تحضير سيراميك كربيد السيليكون

يتم تصنيع مادة سيراميك كربيد السيليكون عن طريق سحق وطحن وتصنيف المواد الخام من كربيد السيليكون للحصول على جزيئات SiC مع توزيع موحد لحجم الجسيمات، ثم الضغط على جزيئات SiC والمواد المضافة الملبدة والمواد اللاصقة المؤقتة إلى فراغ أخضر، ثم تلبيد عند درجة حرارة عالية. ومع ذلك، نظرًا لخصائص الرابطة التساهمية العالية لسندات Si-C (~ 88٪) ومعامل الانتشار المنخفض، فإن إحدى المشكلات الرئيسية في عملية التحضير هي صعوبة تكثيف التلبيد. تشتمل طرق تحضير سيراميك كربيد السيليكون عالي الكثافة على تلبيد التفاعل، والتلبيد بدون ضغط، وتلبد الضغط الجوي، وتلبد الضغط الساخن، وتلبد إعادة البلورة، وتلبد الضغط المتوازن الساخن، وتلبد البلازما الشرارة، وما إلى ذلك.

ومع ذلك، فإن سيراميك كربيد السيليكون له عيب انخفاض صلابة الكسر، أي هشاشة أكبر. لهذا السبب، في السنوات الأخيرة، ظهرت السيراميك متعدد الأطوار المعتمد على سيراميك كربيد السيليكون، مثل تقوية الألياف (أو الطولي)، وتعزيز تشتت الجسيمات غير المتجانسة والمواد الوظيفية المتدرجة واحدة تلو الأخرى، مما أدى إلى تحسين صلابة وقوة مواد المونومر.

3. تطبيق سيراميك كربيد السيليكون في المجال الكهروضوئي

يتمتع سيراميك كربيد السيليكون بمقاومة ممتازة للتآكل، ويمكنه مقاومة تآكل المواد الكيميائية، وإطالة عمر الخدمة، ولن يطلق مواد كيميائية ضارة، وهو ما يلبي متطلبات حماية البيئة. وفي الوقت نفسه، تتمتع دعامات القوارب من كربيد السيليكون أيضًا بمزايا أفضل من حيث التكلفة. على الرغم من أن سعر مواد كربيد السيليكون نفسها مرتفع نسبيًا، إلا أن متانتها واستقرارها يمكن أن يقلل من تكاليف التشغيل وتكرار الاستبدال. على المدى الطويل، تتمتع بفوائد اقتصادية أعلى وأصبحت المنتجات الرئيسية في سوق دعم القوارب الكهروضوئية.

عندما يتم استخدام سيراميك كربيد السيليكون كمواد حاملة رئيسية في عملية إنتاج الخلايا الكهروضوئية، فإن دعامات القوارب وصناديق القوارب وتجهيزات الأنابيب وغيرها من المنتجات المصنوعة تتمتع بثبات حراري جيد، ولا تتشوه في درجات الحرارة العالية، ولا تحتوي على ملوثات مترسبة ضارة. ويمكنها أن تحل محل دعامات قوارب الكوارتز وصناديق القوارب وتجهيزات الأنابيب شائعة الاستخدام حاليًا، كما أنها تتمتع بمزايا كبيرة من حيث التكلفة. دعامات القارب من كربيد السيليكون مصنوعة من كربيد السيليكون كمادة رئيسية. بالمقارنة مع دعامات قوارب الكوارتز التقليدية، فإن دعامات قوارب كربيد السيليكون تتمتع باستقرار حراري أفضل ويمكن أن تحافظ على الاستقرار في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة. تعمل دعامات القارب من كربيد السيليكون بشكل جيد في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة ولا تتأثر بسهولة بالحرارة أو تتشوه أو تتلف. إنها مناسبة لعمليات الإنتاج التي تتطلب معالجة بدرجة حرارة عالية، مما يساعد على الحفاظ على استقرار واتساق عملية الإنتاج.

عمر الخدمة: وفقًا لتحليل تقرير البيانات: عمر الخدمة لسيراميك كربيد السيليكون يزيد عن 3 أضعاف عمر دعامات القوارب وصناديق القوارب وتجهيزات الأنابيب المصنوعة من مواد الكوارتز، مما يقلل بشكل كبير من تكرار استبدال المواد الاستهلاكية.