Технология карбидокремниевой керамики и ее применение в фотоэлектрической области.

I. Структура и свойства карбида кремния.

Карбид кремния SiC содержит кремний и углерод. Это типичное полиморфное соединение, в основном включающее α-SiC (стабильный при высоких температурах) и β-SiC (стабильный при низких температурах). Существует более 200 полиморфов, среди которых более представительными являются 3C-SiC β-SiC и 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC и 15R-SiC α-SiC.

Рисунок Структура полиморфа SiC. Когда температура ниже 1600 ℃, SiC существует в форме β-SiC, который может быть изготовлен из простой смеси кремния и углерода при температуре около 1450 ℃. Когда температура превышает 1600 ℃, β-SiC медленно превращается в различные полиморфы α-SiC. 4H-SiC легко получить при температуре около 2000 ℃; Политипы 6H и 15R легко получить при высоких температурах выше 2100 ℃; 6H-SiC также может оставаться очень стабильным при температурах выше 2200 ℃, поэтому он чаще встречается в промышленности. Чистый карбид кремния представляет собой бесцветный и прозрачный кристалл. Промышленный карбид кремния бывает бесцветным, светло-желтым, светло-зеленым, темно-зеленым, светло-голубым, темно-синим и даже черным, при этом степень прозрачности в свою очередь уменьшается. Абразивная промышленность делит карбид кремния на две категории по цвету: черный карбид кремния и зеленый карбид кремния. Карбид кремния от бесцветного до темно-зеленого классифицируется как зеленый карбид кремния, а от светло-синего до черного - как черный карбид кремния. И черный карбид кремния, и зеленый карбид кремния представляют собой гексагональные кристаллы α-SiC. Обычно в керамике из карбида кремния в качестве сырья используется зеленый порошок карбида кремния.

2. Процесс подготовки керамики из карбида кремния.

Керамический материал из карбида кремния изготавливается путем дробления, измельчения и сортировки сырья карбида кремния для получения частиц SiC с равномерным распределением размеров частиц, а затем прессования частиц SiC, спекающих добавок и временных клеев в сырую заготовку, а затем спекания при высокой температуре. Однако из-за высоких характеристик ковалентной связи Si-C (~88%) и низкого коэффициента диффузии одной из основных проблем в процессе приготовления является сложность уплотнения при спекании. К методам получения карбидокремниевой керамики высокой плотности относятся реакционное спекание, спекание без давления, спекание при атмосферном давлении, спекание горячим прессованием, рекристаллизационное спекание, спекание горячим изостатическим прессованием, искрово-плазменное спекание и др.

Однако карбидокремниевая керамика имеет недостаток – низкую вязкость разрушения, то есть большую хрупкость. По этой причине в последние годы одна за другой появились многофазные керамики на основе карбидокремниевой керамики, такие как армирование волокнами (или нитевидными кристаллами), упрочнение гетерогенной дисперсией частиц и градиентно-функциональные материалы, улучшающие ударную вязкость и прочность мономерных материалов.

3. Применение карбидокремниевой керамики в фотоэлектрической области.

Керамика из карбида кремния обладает превосходной коррозионной стойкостью, противостоит эрозии химических веществ, продлевает срок службы и не выделяет вредных химикатов, что соответствует требованиям по защите окружающей среды. В то же время опоры для лодок из карбида кремния также имеют лучшие экономические преимущества. Хотя цена самих материалов из карбида кремния относительно высока, их долговечность и стабильность могут снизить эксплуатационные расходы и частоту замены. В долгосрочной перспективе они принесут более высокую экономическую выгоду и станут основной продукцией на рынке поддержки фотоэлектрических лодок.

Когда керамика из карбида кремния используется в качестве основного несущего материала в процессе производства фотоэлектрических элементов, изготовленные опоры для лодок, ящики для лодок, трубопроводная арматура и другие изделия обладают хорошей термической стабильностью, не деформируются при высоких температурах и не содержат вредных осажденных загрязняющих веществ. Они могут заменить широко используемые в настоящее время кварцевые опоры для лодок, ящики для лодок и трубопроводную арматуру и имеют значительные экономические преимущества. Опоры лодок из карбида кремния изготовлены из карбида кремния в качестве основного материала. По сравнению с традиционными кварцевыми опорами для лодок, опоры для лодок из карбида кремния обладают лучшей термической стабильностью и могут сохранять стабильность в условиях высоких температур. Опоры для лодок из карбида кремния хорошо работают в условиях высоких температур, не поддаются воздействию тепла, не деформируются и не повреждаются. Они подходят для производственных процессов, требующих высокотемпературной обработки, что способствует поддержанию стабильности и последовательности производственного процесса.

Срок службы: По данным отчетного анализа: Срок службы карбидокремниевой керамики более чем в 3 раза превышает срок службы опор для лодок, коробов для лодок и трубопроводной арматуры из кварцевых материалов, что значительно снижает частоту замены расходных материалов.