Ränikarbiidi keraamika tehnoloogia ja selle rakendamine fotogalvaanilises valdkonnas

I. Ränikarbiidi struktuur ja omadused

Ränikarbiid SiC sisaldab räni ja süsinikku. See on tüüpiline polümorfne ühend, mis sisaldab peamiselt α-SiC (kõrgtemperatuuril stabiilne tüüp) ja β-SiC (madala temperatuuriga stabiilne tüüp). Seal on rohkem kui 200 polümorfi, mille hulgas on β-SiC 3C-SiC ja α-SiC 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC ja 15R-SiC α-SiC.

Joonis SiC polümorfne struktuur Kui temperatuur on alla 1600 ℃, eksisteerib SiC β-SiC kujul, mida saab valmistada lihtsast räni ja süsiniku segust temperatuuril umbes 1450 ℃. Kui see on kõrgem kui 1600 ℃, muundub β-SiC aeglaselt α-SiC erinevateks polümorfideks. 4H-SiC on lihtne toota umbes 2000 ℃ juures; 6H ja 15R polütüüpe on lihtne tekitada kõrgetel temperatuuridel üle 2100 ℃; 6H-SiC võib jääda väga stabiilseks ka temperatuuril üle 2200 ℃, seega on see tööstuslikes rakendustes tavalisem. Puhas ränikarbiid on värvitu ja läbipaistev kristall. Tööstuslik ränikarbiid on värvitu, helekollane, heleroheline, tumeroheline, helesinine, tumesinine ja isegi must, mille läbipaistvusaste omakorda väheneb. Abrasiivtööstus jagab ränikarbiidi värvi järgi kahte kategooriasse: must ränikarbiid ja roheline ränikarbiid. Värvitud kuni tumerohelised liigitatakse roheliseks ränikarbiidiks ja helesinisest mustani mustaks ränikarbiidiks. Nii must ränikarbiid kui ka roheline ränikarbiid on α-SiC kuusnurksed kristallid. Üldiselt kasutab ränikarbiidi keraamika toorainena rohelist ränikarbiidi pulbrit.

2. Ränikarbiidi keraamika valmistamise protsess

Ränikarbiidi keraamiline materjal valmistatakse ränikarbiidi tooraine purustamisel, jahvatamisel ja sorteerimisel, et saada ühtlase osakeste suuruse jaotusega ränikarbiidi osakesi, seejärel pressitakse ränikarbiidi osakesed, paagutatakse lisandid ja ajutised liimid roheliseks toorikuks ning seejärel paagutatakse kõrgel temperatuuril. Kuid tänu Si-C sidemete kõrgetele kovalentse sideme omadustele (~88%) ja madalale difusioonikoefitsiendile on üks peamisi probleeme valmistamisprotsessis paagutamise tihendamise raskus. Kõrge tihedusega ränikarbiidkeraamika valmistamismeetodid hõlmavad reaktsioonipaagutamist, rõhuvaba paagutamist, atmosfäärirõhul paagutamist, kuumpressimist paagutamist, rekristallisatsiooni paagutamist, kuumisostaatilist pressimist, sädeplasma paagutamist jne.

Ränikarbiidkeraamika puuduseks on aga madal purunemiskindlus, st suurem rabedus. Sel põhjusel on viimastel aastatel järjest ilmunud ränikarbiidkeraamikal põhinev mitmefaasiline keraamika, nagu kiud- (või vurr)armatuur, heterogeensete osakeste dispersiooni tugevdamine ja gradientfunktsionaalsed materjalid, mis parandavad monomeermaterjalide sitkust ja tugevust.

3. Ränikarbiidkeraamika rakendamine fotogalvaanilises väljas

Ränikarbiidkeraamika on suurepärase korrosioonikindlusega, talub keemiliste ainete erosiooni, pikendab kasutusiga ega eralda kahjulikke kemikaale, mis vastab keskkonnakaitsenõuetele. Samas on ränikarbiidist paaditugedel ka paremad kulueelised. Kuigi ränikarbiidmaterjalide endi hind on suhteliselt kõrge, võib nende vastupidavus ja stabiilsus vähendada kasutuskulusid ja vahetussagedust. Pikemas perspektiivis on neil suurem majanduslik kasu ja neist on saanud fotogalvaaniliste paatide tugituru peamised tooted.

Kui ränikarbiidkeraamikat kasutatakse fotogalvaaniliste elementide tootmisprotsessis peamiste kandematerjalidena, on paaditoed, paadikarbid, toruliitmikud ja muud valmistatud tooted hea termilise stabiilsusega, ei deformeeru kõrgel temperatuuril ega sisalda kahjulikke sadestunud saasteaineid. Need võivad asendada praegu levinud kvartspaaditoed, paadikastid ja toruliitmikud ning neil on märkimisväärsed kulueelised. Ränikarbiidist paaditoed on põhimaterjalina valmistatud ränikarbiidist. Võrreldes traditsiooniliste kvartspaadi tugedega on ränikarbiidist paaditugedel parem termiline stabiilsus ja need võivad säilitada stabiilsust kõrge temperatuuriga keskkondades. Ränikarbiidist paaditoed toimivad hästi kõrge temperatuuriga keskkondades ning kuumus ei mõjuta neid kergesti ega deformeeru ega kahjusta. Need sobivad tootmisprotsessidesse, mis nõuavad töötlemist kõrgel temperatuuril, mis aitab säilitada tootmisprotsessi stabiilsust ja järjepidevust.

Kasutusiga: Andmearuande analüüsi kohaselt: ränikarbiidist keraamika kasutusiga on rohkem kui 3 korda pikem kui kvartsmaterjalidest valmistatud paaditugede, paadikastide ja toruliitmike kasutusiga, mis vähendab oluliselt kulumaterjalide vahetamise sagedust.