실리콘 카바이드 세라믹 기술 및 광전지 분야에서의 응용

I. 탄화규소 구조 및 특성

실리콘 카바이드 SiC에는 실리콘과 탄소가 포함되어 있습니다. 대표적인 다형성 화합물로 주로 α-SiC(고온 안정형), β-SiC(저온 안정형)을 포함합니다. 200개 이상의 다형체가 있는데, 그 중 β-SiC의 3C-SiC와 α-SiC의 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC가 더 대표적이다.

 실리콘 카바이드 세라믹 공정

그림 SiC 다형 구조 온도가 1600℃ 이하일 때 SiC는 β-SiC 형태로 존재하는데, 이는 약 1450℃ 온도에서 실리콘과 탄소의 단순한 혼합물로 만들어질 수 있습니다. 1600℃ 이상이 되면 β-SiC는 천천히 α-SiC의 다양한 다형체로 변합니다. 4H-SiC는 약 2000℃에서 생성되기 쉽습니다. 6H 및 15R 다형은 2100℃ 이상의 고온에서 생성되기 쉽습니다. 6H-SiC는 2200℃ 이상의 온도에서도 매우 안정적으로 유지되므로 산업 응용 분야에서 더 일반적입니다. 순수한 탄화규소는 무색 투명한 결정입니다. 공업용 탄화규소는 무색, 연황색, 연녹색, 진녹색, 연청색, 진한 파란색, 심지어 검은색을 띠며 투명도가 차례로 감소합니다. 연마 산업에서는 탄화규소를 색상에 따라 검은색 탄화규소와 녹색 탄화규소라는 두 가지 범주로 나눕니다. 무색~진한 녹색인 것은 녹색 탄화규소, 연한 파란색~검은색인 것은 흑색 탄화규소로 분류됩니다. 검은색 탄화규소와 녹색 탄화규소는 모두 α-SiC 육각형 결정입니다. 일반적으로 탄화 규소 세라믹은 녹색 탄화 규소 분말을 원료로 사용합니다.

2. 탄화규소 세라믹 제조 공정

탄화규소 세라믹 소재는 탄화규소 원료를 파쇄, 분쇄, 등급화하여 입자 크기 분포가 균일한 SiC 입자를 얻은 다음 SiC 입자, 소결 첨가제 및 임시 접착제를 그린 블랭크로 압착한 다음 고온에서 소결하여 만들어집니다. 그러나 Si-C 결합의 높은 공유 결합 특성(~88%)과 낮은 확산 계수로 인해 제조 공정의 주요 문제점 중 하나는 소결 치밀화가 어렵다는 것입니다. 고밀도 탄화 규소 세라믹의 제조 방법에는 반응 소결, 무압 소결, 대기압 소결, 열간 압착 소결, 재결정 소결, 열간 등압 압착 소결, 스파크 플라즈마 소결 등이 있습니다.

 

그러나 탄화규소 세라믹은 파괴인성이 낮다는, 즉 취성이 크다는 단점이 있습니다. 이러한 이유로 최근에는 섬유(또는 위스커) 보강, 이종 입자 분산 강화, 구배 기능성 소재 등 탄화규소 세라믹을 기반으로 한 다상 세라믹이 속속 등장하여 모노머 소재의 인성 및 강도를 향상시키고 있다.

3. 광전지 분야에 탄화규소 세라믹의 응용

탄화 규소 세라믹은 내식성이 뛰어나고 화학 물질의 침식에 저항하며 수명을 연장하고 환경 보호 요구 사항을 충족하는 유해 화학 물질을 방출하지 않습니다. 동시에 탄화규소 보트 지지대는 더 나은 비용 이점을 제공합니다. 탄화규소 소재 자체의 가격은 상대적으로 높지만, 내구성과 안정성이 높아 운영 비용과 교체 빈도를 줄일 수 있습니다. 장기적으로 볼 때 경제적 이익이 더 높으며 태양광 보트 지원 시장의 주류 제품이 되었습니다.

 실리콘 카바이드 세라믹 공정

실리콘 카바이드 세라믹이 광전지 생산 공정에서 핵심 캐리어 재료로 사용되는 경우 보트 지지대, 보트 상자, 파이프 피팅 및 기타 제품은 열 안정성이 좋고 고온에서 변형되지 않으며 유해한 침전 오염 물질이 없습니다. 이는 현재 일반적으로 사용되는 석영 보트 지지대, 보트 상자 및 파이프 피팅을 대체할 수 있으며 상당한 비용 이점을 제공합니다. 탄화규소 보트 지지대는 탄화규소를 주재료로 합니다. 전통적인 석영 보트 지지대와 비교하여 탄화규소 보트 지지대는 더 나은 열 안정성을 가지며 고온 환경에서도 안정성을 유지할 수 있습니다. 실리콘 카바이드 보트 지지대는 고온 환경에서 잘 작동하며 열에 쉽게 영향을 받지 않고 변형되거나 손상되지 않습니다. 고온 처리가 필요한 생산 공정에 적합하며 이는 생산 공정의 안정성과 일관성을 유지하는 데 도움이 됩니다.

 

서비스 수명: 데이터 보고서 분석에 따르면 탄화 규소 세라믹의 서비스 수명은 보트 지지대, 보트 상자 및 석영 재료로 만든 파이프 피팅의 3배 이상이므로 소모품 교체 빈도가 크게 줄어듭니다.


게시 시간: 2024년 10월 21일