Սիլիցիումի կարբիդի կերամիկական տեխնոլոգիան և դրա կիրառումը ֆոտոգալվանային ոլորտում

I. Սիլիցիումի կարբիդի կառուցվածքը և հատկությունները

Սիլիցիումի կարբիդ SiC-ը պարունակում է սիլիցիում և ածխածին: Այն տիպիկ պոլիմորֆ միացություն է, որը հիմնականում ներառում է α-SiC (բարձր ջերմաստիճանի կայուն տեսակ) և β-SiC (ցածր ջերմաստիճանի կայուն տեսակ)։ Կան ավելի քան 200 պոլիմորֆներ, որոնցից ավելի ներկայացուցչական են β-SiC-ի 3C-SiC-ը և 2H-SiC-ը, α-SiC-ի 4H-SiC-ը, 6H-SiC-ը և 15R-SiC-ը։

Նկար SiC-ի պոլիմորֆ կառուցվածքը Երբ ջերմաստիճանը 1600℃-ից ցածր է, SiC-ը գոյություն ունի β-SiC-ի տեսքով, որը կարող է պատրաստվել սիլիցիումի և ածխածնի պարզ խառնուրդից մոտ 1450℃ ջերմաստիճանում: Երբ այն բարձր է 1600℃-ից, β-SiC-ը դանդաղորեն վերածվում է α-SiC-ի տարբեր պոլիմորֆների: 4H-SiC-ը հեշտ է ստեղծել մոտ 2000℃ ջերմաստիճանում; 6H և 15R պոլիտիպերը հեշտ է ստեղծվել 2100℃-ից բարձր բարձր ջերմաստիճաններում; 6H-SiC-ը կարող է նաև շատ կայուն մնալ 2200℃-ից բարձր ջերմաստիճանում, ուստի այն ավելի տարածված է արդյունաբերական կիրառություններում: Մաքուր սիլիցիումի կարբիդը անգույն և թափանցիկ բյուրեղ է: Արդյունաբերական սիլիցիումի կարբիդը անգույն է, բաց դեղին, բաց կանաչ, մուգ կանաչ, բաց կապույտ, մուգ կապույտ և նույնիսկ սև, որի թափանցիկության աստիճանն իր հերթին նվազում է: Հղկող արդյունաբերությունը սիլիցիումի կարբիդը բաժանում է երկու կատեգորիայի՝ ըստ գույնի՝ սև սիլիցիումի կարբիդ և կանաչ սիլիցիումի կարբիդ: Անգույնից մինչև մուգ կանաչները դասակարգվում են որպես կանաչ սիլիցիումի կարբիդ, իսկ բաց կապույտից մինչև սևը դասակարգվում են որպես սիլիցիումի կարբիդ: Ե՛վ սև սիլիցիումի կարբիդը, և՛ կանաչ սիլիցիումի կարբիդը α-SiC վեցանկյուն բյուրեղներ են: Ընդհանրապես, սիլիցիումի կարբիդային կերամիկաները որպես հումք օգտագործում են կանաչ սիլիցիումի կարբիդի փոշի:

2. Սիլիցիումի կարբիդի կերամիկական պատրաստման գործընթացը

Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկական նյութը պատրաստվում է սիլիցիումի կարբիդի հումքը մանրացնելու, մանրացնելու և դասակարգելու միջոցով՝ SiC մասնիկներ ստանալու համար՝ մասնիկների չափսերի միատեսակ բաշխմամբ, և այնուհետև սեղմելով SiC մասնիկները, սինթրելով հավելումները և ժամանակավոր սոսինձները կանաչ դատարկի մեջ, այնուհետև սինթրեելով բարձր ջերմաստիճանում: Այնուամենայնիվ, շնորհիվ Si-C կապերի բարձր կովալենտային կապի բնութագրերի (~88%) և ցածր դիֆուզիոն գործակցի, պատրաստման գործընթացի հիմնական խնդիրներից մեկը սինթերման խտացման դժվարությունն է։ Բարձր խտության սիլիցիումի կարբիդային կերամիկայի պատրաստման մեթոդները ներառում են ռեակցիոն սինթրում, առանց ճնշում, մթնոլորտային ճնշում, տաք սեղմում, վերաբյուրեղացում, տաք իզոստատիկ սեղմում, կայծային պլազմայի սինթրում և այլն:

Այնուամենայնիվ, սիլիցիումի կարբիդային կերամիկաներն ունեն կոտրվածքի ցածր ամրության թերություն, այսինքն՝ ավելի մեծ փխրունություն: Այդ պատճառով, վերջին տարիներին սիլիցիումի կարբիդային կերամիկայի վրա հիմնված բազմաֆազ կերամիկա, ինչպիսիք են մանրաթելային (կամ բեղի) ամրացումը, տարասեռ մասնիկների ցրման ամրապնդումը և գրադիենտ ֆունկցիոնալ նյութերը, մեկը մյուսի հետևից ի հայտ են եկել՝ բարելավելով մոնոմերային նյութերի ամրությունն ու ամրությունը:

3. Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկայի կիրառումը ֆոտոգալվանային դաշտում

Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկաները գերազանց կոռոզիոն դիմադրություն ունեն, կարող են դիմակայել քիմիական նյութերի էրոզիային, երկարացնել ծառայության ժամկետը և չեն թողնի վնասակար քիմիական նյութեր, որոնք համապատասխանում են շրջակա միջավայրի պաշտպանության պահանջներին: Միևնույն ժամանակ, սիլիցիումի կարբիդային նավակների հենարաններն ունեն նաև ծախսերի ավելի լավ առավելություններ: Թեև սիլիցիումի կարբիդային նյութերի գինը համեմատաբար բարձր է, դրանց ամրությունը և կայունությունը կարող են նվազեցնել գործառնական ծախսերը և փոխարինման հաճախականությունը: Երկարաժամկետ հեռանկարում նրանք ունեն ավելի բարձր տնտեսական օգուտներ և դարձել են հիմնական արտադրանքը ֆոտոգալվանային նավակների աջակցության շուկայում:

Երբ սիլիցիումի կարբիդային կերամիկա օգտագործվում է որպես հիմնական կրող նյութեր ֆոտոգալվանային բջիջների արտադրության գործընթացում, նավակի հենարանները, նավակարկղերը, խողովակների կցամասերը և արտադրված այլ արտադրատեսակներ ունեն լավ ջերմային կայունություն, չեն դեֆորմացվում բարձր ջերմաստիճաններում և չունեն վնասակար նստվածքային աղտոտիչներ: Նրանք կարող են փոխարինել ներկայումս սովորաբար օգտագործվող քվարցային նավակների հենարանները, նավակների տուփերը և խողովակների կցամասերը և ունեն ծախսերի զգալի առավելություններ: Սիլիցիումի կարբիդային նավակի հենարանները պատրաստված են սիլիցիումի կարբիդից՝ որպես հիմնական նյութ: Համեմատած ավանդական քվարցային նավակների հենարանների հետ, սիլիցիումի կարբիդային նավակները ունեն ավելի լավ ջերմային կայունություն և կարող են կայունություն պահպանել բարձր ջերմաստիճանի միջավայրում: Սիլիկոնային կարբիդային նավակների հենարանները լավ են գործում բարձր ջերմաստիճանի միջավայրում և հեշտությամբ չեն ենթարկվում ջերմության ազդեցությանը և չեն դեֆորմացվում կամ վնասվում: Նրանք հարմար են արտադրական գործընթացների համար, որոնք պահանջում են բարձր ջերմաստիճանի մշակում, ինչը նպաստում է արտադրական գործընթացի կայունության և հետևողականության պահպանմանը:

Ծառայության ժամկետը. Տվյալների հաշվետվության վերլուծության համաձայն. սիլիցիումի կարբիդային կերամիկայի ծառայության ժամկետը 3 անգամ գերազանցում է նավակների հենարաններին, նավակարկղերին և կվարցային նյութերից պատրաստված խողովակների կցամասերին, ինչը զգալիորեն նվազեցնում է սպառվող նյութերի փոխարինման հաճախականությունը: