Tecnología cerámica de carburo de silicio y su aplicación en el campo fotovoltaico.

I. Estructura y propiedades del carburo de silicio.

El carburo de silicio SiC contiene silicio y carbono. Es un compuesto polimórfico típico, que incluye principalmente α-SiC (tipo estable a alta temperatura) y β-SiC (tipo estable a baja temperatura). Existen más de 200 polimorfos, entre los que son más representativos el 3C-SiC de β-SiC y el 2H-SiC, el 4H-SiC, el 6H-SiC y el 15R-SiC de α-SiC.

Figura Estructura polimorfa del SiC Cuando la temperatura es inferior a 1600 ℃, el SiC existe en forma de β-SiC, que se puede fabricar a partir de una mezcla simple de silicio y carbono a una temperatura de aproximadamente 1450 ℃. Cuando supera los 1600 ℃, el β-SiC se transforma lentamente en varios polimorfos de α-SiC. El 4H-SiC es fácil de generar a alrededor de 2000 ℃; Los politipos 6H y 15R son fáciles de generar a altas temperaturas superiores a 2100 ℃; El 6H-SiC también puede permanecer muy estable a temperaturas superiores a 2200 ℃, por lo que es más común en aplicaciones industriales. El carburo de silicio puro es un cristal incoloro y transparente. El carburo de silicio industrial es incoloro, amarillo claro, verde claro, verde oscuro, azul claro, azul oscuro e incluso negro, disminuyendo a su vez el grado de transparencia. La industria abrasiva divide el carburo de silicio en dos categorías según el color: carburo de silicio negro y carburo de silicio verde. Los de incoloro a verde oscuro se clasifican como carburo de silicio verde, y los de color azul claro a negro se clasifican como carburo de silicio negro. Tanto el carburo de silicio negro como el carburo de silicio verde son cristales hexagonales de α-SiC. Generalmente, las cerámicas de carburo de silicio utilizan polvo de carburo de silicio verde como materia prima.

2. Proceso de preparación de cerámica de carburo de silicio.

El material cerámico de carburo de silicio se fabrica triturando, moliendo y clasificando materias primas de carburo de silicio para obtener partículas de SiC con una distribución uniforme del tamaño de las partículas, y luego presionando las partículas de SiC, sinterizando aditivos y adhesivos temporales en un espacio en blanco verde, y luego sinterizando a alta temperatura. Sin embargo, debido a las altas características de enlace covalente de los enlaces Si-C (~88%) y al bajo coeficiente de difusión, uno de los principales problemas en el proceso de preparación es la dificultad de la densificación de la sinterización. Los métodos de preparación de cerámicas de carburo de silicio de alta densidad incluyen sinterización por reacción, sinterización sin presión, sinterización a presión atmosférica, sinterización por prensado en caliente, sinterización por recristalización, sinterización por prensado isostático en caliente, sinterización por plasma por chispa, etc.

Sin embargo, las cerámicas de carburo de silicio tienen la desventaja de una baja tenacidad a la fractura, es decir, una mayor fragilidad. Por esta razón, en los últimos años, han aparecido una tras otra cerámicas multifásicas basadas en cerámicas de carburo de silicio, como refuerzo de fibra (o bigotes), refuerzo de dispersión de partículas heterogéneas y materiales funcionales de gradiente, mejorando la tenacidad y resistencia de los materiales monoméricos.

3. Aplicación de cerámicas de carburo de silicio en el campo fotovoltaico.

Las cerámicas de carburo de silicio tienen una excelente resistencia a la corrosión, pueden resistir la erosión de sustancias químicas, prolongan la vida útil y no liberan productos químicos nocivos, lo que cumple con los requisitos de protección ambiental. Al mismo tiempo, los soportes para embarcaciones de carburo de silicio también tienen mejores ventajas de costes. Aunque el precio de los materiales de carburo de silicio es relativamente alto, su durabilidad y estabilidad pueden reducir los costos operativos y la frecuencia de reemplazo. A largo plazo, tienen mayores beneficios económicos y se han convertido en los productos principales en el mercado de soporte para embarcaciones fotovoltaicas.

Cuando las cerámicas de carburo de silicio se utilizan como materiales portadores clave en el proceso de producción de células fotovoltaicas, los soportes para embarcaciones, las cajas para embarcaciones, los accesorios de tuberías y otros productos fabricados tienen buena estabilidad térmica, no se deforman a altas temperaturas y no contienen contaminantes precipitados nocivos. Pueden reemplazar los soportes de cuarzo para embarcaciones, cajas para embarcaciones y accesorios de tuberías de uso común actualmente, y tienen importantes ventajas de costos. Los soportes para embarcaciones de carburo de silicio están hechos de carburo de silicio como material principal. En comparación con los soportes para embarcaciones de cuarzo tradicionales, los soportes para embarcaciones de carburo de silicio tienen una mejor estabilidad térmica y pueden mantener la estabilidad en entornos de alta temperatura. Los soportes para embarcaciones de carburo de silicio funcionan bien en entornos de alta temperatura y no se ven afectados fácilmente por el calor ni se deforman o dañan. Son adecuados para procesos de producción que requieren un tratamiento a alta temperatura, lo que favorece el mantenimiento de la estabilidad y consistencia del proceso de producción.

Vida útil: Según el análisis del informe de datos: la vida útil de las cerámicas de carburo de silicio es más de 3 veces mayor que la de los soportes para embarcaciones, las cajas para embarcaciones y los accesorios de tuberías fabricados con materiales de cuarzo, lo que reduce en gran medida la frecuencia de reemplazo de los consumibles.