Silizio karburo zeramikazko teknologia eta bere aplikazioa eremu fotovoltaikoan

I. Silizio-karburoaren egitura eta propietateak

Silizio karburoa SiC-k silizioa eta karbonoa ditu. Konposatu polimorfo tipiko bat da, batez ere α-SiC (tenperatura altuko mota egonkorra) eta β-SiC (tenperatura baxuko mota egonkorra) barne. 200 polimorfo baino gehiago daude, horien artean β-SiC-ren 3C-SiC eta 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC eta α-SiCren 15R-SiC adierazgarriagoak dira.

Irudia SiC egitura polimorfoa Tenperatura 1600 ℃ azpitik dagoenean, SiC β-SiC moduan existitzen da, eta silizio eta karbono nahasketa soil batetik egin daiteke 1450 ℃ inguruko tenperaturan. 1600℃ baino altuagoa denean, β-SiC polimorfo polimorfotan bihurtzen da α-SiC. 4H-SiC 2000 ℃ inguruan sortzen erraza da; 6H eta 15R politipoak erraz sortzen dira 2100 ℃-tik gorako tenperatura altuetan; 6H-SiC ere oso egonkorra gera daiteke 2200 ℃-tik gorako tenperaturetan, beraz, ohikoagoa da aplikazio industrialetan. Silizio karburo purua kolorerik gabeko kristala da. Silizio-karburo industriala koloregabea da, hori argia, berde argia, berde iluna, urdin argia, urdin iluna eta baita beltza ere, gardentasun-maila aldi berean txikituz doana. Urratzaileen industriak silizio-karburoa bi kategoriatan banatzen du kolorearen arabera: silizio-karburo beltza eta silizio-karburo berdea. Kolorerik gabekoak eta berde ilunekoak silizio karburo berde gisa sailkatzen dira, eta urdin argiak silizio karburo beltz gisa sailkatzen dira. Silizio-karburo beltza eta silizio-karburo berdea α-SiC kristal hexagonalak dira. Orokorrean, silizio karburozko zeramikak silizio karburoaren hauts berdea erabiltzen du lehengai gisa.

2. Silizio karburoa zeramika prestatzeko prozesua

Silizio karburoko zeramikazko materiala silizio karburoko lehengaiak birrintzen, ehotzen eta kalifikatzen dira, SiC partikulak partikulen tamaina uniformeko banaketarekin lortzeko, eta gero SiC partikulak sakatuz, gehigarriak sinterizatzeko eta aldi baterako itsasgarriak hutsune berde batean sakatuz eta, ondoren, tenperatura altuan sinterizatuz. Hala ere, Si-C loturen lotura kobalenteen ezaugarri altuak (~% 88) eta difusio-koefiziente baxua direla eta, prestaketa-prozesuaren arazo nagusietako bat sinterizatzeko dentsifikazioaren zailtasuna da. Dentsitate handiko silizio karburoko zeramika prestatzeko metodoak erreakzio sinterizazioa, presiorik gabeko sinterizazioa, presio atmosferikoko sinterizazioa, prentsa beroko sinterizazioa, birkristalizazio sinterizazioa, prentsa isostatiko beroko sinterizazioa, txinparta plasma sinterizazioa, etab.

Dena den, silizio karburozko zeramikak haustura-gogortasun baxuaren desabantaila du, hau da, hauskortasun handiagoa. Hori dela eta, azken urteotan, silizio karburoko zeramiketan oinarritutako zeramika anitzeko fasea, hala nola zuntz (edo bibote) errefortzua, partikulen dispertsio heterogeneoa indartzea eta gradientearen material funtzionalak bata bestearen atzetik agertu dira, material monomeroen gogortasuna eta indarra hobetuz.

3. Silizio-karburoko zeramikaren aplikazioa eremu fotovoltaikoan

Silizio karburoko zeramikek korrosioarekiko erresistentzia bikaina dute, substantzia kimikoen higadurari aurre egin diezaioke, zerbitzu-bizitza luzatzen dute eta ez dute produktu kimiko kaltegarririk askatuko, ingurumena babesteko baldintzak betetzen dituztenak. Aldi berean, siliziozko karburozko itsasontzien euskarriek kostu abantaila hobeak dituzte. Silizio karburoko materialen prezioa nahiko altua bada ere, haien iraunkortasunak eta egonkortasunak funtzionamendu-kostuak eta ordezko maiztasuna murriztu ditzakete. Epe luzera, onura ekonomiko handiagoak dituzte eta itsasontzi fotovoltaikoen laguntzaren merkatuan produktu nagusi bihurtu dira.

Silizio karburoko zeramika zelula fotovoltaikoen ekoizpen-prozesuan gako eramaile gisa erabiltzen direnean, itsasontzien euskarriek, txalupa-kutxek, hodi-bilgailuek eta egindako beste produktu batzuek egonkortasun termiko ona dute, ez dira deformatzen tenperatura altuetan eta ez dute prezipitatutako kutsatzaile kaltegarririk. Gaur egun erabili ohi diren kuartzozko itsasontzien euskarriak, txalupak kaxak eta hodiak ordezkatu ditzakete, eta kostu abantaila handiak dituzte. Silizio karburozko itsasontzien euskarriak silizio karburoz eginda daude material nagusi gisa. Kuartzozko itsasontzien euskarri tradizionalekin alderatuta, silizio karburozko itsasontzien euskarriek egonkortasun termiko hobea dute eta egonkortasuna mantendu dezakete tenperatura altuko inguruneetan. Silizio karburozko itsasontzien euskarriek ondo funtzionatzen dute tenperatura altuko inguruneetan eta ez dira erraz eragiten beroak eta deformatu edo kaltetu. Tenperatura altuko tratamendua behar duten ekoizpen prozesuetarako egokiak dira, eta horrek ekoizpen-prozesuaren egonkortasuna eta koherentzia mantentzea laguntzen du.

Zerbitzu-bizitza: Datuen txostenaren analisiaren arabera: silizio karburoko zeramikaren bizitza iraupena ontzien euskarrien, itsasontzien kutxen eta kuartzozko materialez egindako hodi-tresneriaren 3 aldiz baino gehiago da, eta horrek asko murrizten du kontsumigarrien ordezko maiztasuna.