Kuidas parandab sic -kattekiht süsiniku oksüdatsiooniresistentsust？？

SüsinikviltSellel on suurepärased omadused nagu madal soojusjuhtivus, väike spetsiifiline kuumus ja hea kõrge temperatuuriga termiline stabiilsus. Seda kasutatakse sageli termilise isolatsioonimaterjalina vaakumis või kaitsvas atmosfääris ja seda on pooljuhtide väljal laialdaselt kasutatud. Kuid keskkonnas, mille temperatuur on suurem kui 450 ℃, oksüdeerub süsinikuvilt kiiresti, mille tulemuseks on materjali kiire hävitamine. Pooljuhtide töötlemiskeskkond on sageli suurem kui 450 ° C, seetõttu on eriti oluline parandada süsiniku vildi oksüdatsiooniresistentsust.

Miks validaSic -kate?

Pinnakate on ideaalne anti-oksüdatsioonimeetod süsinikkiustoodete jaoks. Anti-oksüdatsiooni katted hõlmavad metallkatteid, keraamilisi katteid, klaasist katteid jne. Keraamiliste kattete hulgas on SIC-il suurepärane kõrge temperatuuriga oksüdatsiooniresistentsus ning hea füüsikalise ja keemilise ühilduvus süsinikkiust toodetega. Kui SIC on oksüdeerunud kõrgel temperatuuril, võib selle pinnale genereeritud SiO2 täita kattes olevad praod ja muud defektid ning blokeerida O2 tungimise, muutes selle süsinikkiust produktide kattetes kõige sagedamini kasutatava kattematerjali.

Kuidas teha SIC -katte süsiniku vildil?

SIC -kate valmistati süsiniku vildi kiu pinnale keemilise aurude sadestumisega. Pärast ultraheli puhastamist kuivatati ettevalmistatud süsiniku vildi 100 ℃ juures. Süsiniku vildi kuumutati vaakumtoru ahjus 1100 ℃, mille AR oli lahjendusgaas ja kandegaas H2, ning kuumutatud triklorometüülsiloksaan viidi mulli meetodil reaktsioonikambrisse. Sadestuspõhimõte on järgmine:

Ch₃Shick (g) → sic (s) +3HCl (g)

Milline näeb välja SIC -katte süsiniku pind?

SIC-katte süsiniku vildi faasikompositsiooni analüüsimiseks kasutasime D8 Advance röntgenifraktomeetrit (XRD). SIC-katte süsiniku vildi XRD spektrist, nagu on näidatud joonisel 1, on kolm ilmset difraktsiooni piigi 2θ = 35,8 °, 60,2 ° ja 72 ° juures, mis vastavad vastavalt (111) (220) ja (311) β-si-Kristalltasapindadele. On näha, et süsiniku vildi pinnale moodustatud kate on β-sic.

Joonis 1 XRD SIC -katte süsiniku vildi spekter

Enne ja pärast kattekihti kasutasime Magellan 400 skaneeriva elektronmikroskoobi (SEM) süsiniku mikroskoopilise morfoloogia jälgimiseks. Nagu jooniselt 2 võib näha, on algses süsiniku vildil olevad süsinikkiud ebaühtlased paksusega, kaootiliselt jaotunud, suure hulga tühimike ja madala üldise tihedusega (umbes 0,14 g/cm3). Suure hulga tühimike ja madala tihedusega on peamised põhjused, miks süsiniku tunda saab kasutada soojusisolatsioonimaterjalina. Algse süsiniku telje sees on süsinikkiudude pinnal palju soonte, mis aitab parandada katte ja maatriksi vahelist sideme tugevust. 

Jooniste 2 ja 3 võrdlusest on näha, et süsiniku kiud on süsiniku vildi sees kaetud SIC -kattega. SIC katted moodustavad tihedalt virnastatud väikesed osakesed ning katted on ühtlased ja tihedad. Need on tihedalt seotud süsinikkiust maatriksiga, ilma ilmselge koorimise, pragude ja aukudeta ning maatriksiga sidumisel pole ilmset pragunemist.

Joonis 2 Süsiniku vildi morfoloogia ja üksik süsinikkiust lõppeb enne kattekihti

Joonis 3 Süsiniku vildi morfoloogia ja üksik süsinikkiust lõpp pärast kattekihti

Kuidas ilmneb SIC -katte süsiniku oksüdatsiooniresistentsus?

Viisime läbi termogravimeetrilise analüüsi (TG) vastavalt tavalise süsiniku vildi ja sic -katte süsiniku vildi kohta. Küttekiirus oli 10 ℃/min ja õhuvoolukiirus 20 ml/min. Joonis 4 on süsiniku vildi TG kõver, kus joonis 4A on süsiniku kattekatmise TG kõver ja joonis 4B on SIC -katte süsiniku vildi TG kõver. Joonisest 4A võib näha, et süsiniku katteproov oksüdeerub aeglaselt alla 600 ℃ ja oksüdatsioonikiirus on oluliselt kiirenenud pärast seda, kui ületab 600 ℃. Umbes 790 ℃ juures on proovi jääkmassifraktsioon 0, mis tähendab, et see on täielikult oksüdeeritud. 

Nagu on näidatud joonisel 4B, pole kattekatte süsiniku vildiproovil massikadu, kui temperatuur tõuseb toatemperatuurilt 280 ℃. 280-345 ℃ juures hakkab proov järk-järgult oksüdeeruma ja oksüdatsiooni kiirus on suhteliselt kiire. 345-520 ℃ juures aeglustub oksüdatsiooni areng. Umbes 760 ℃ juures jõuab proovi massikaotus maksimumi, mis on umbes 4%. 760-1200 ℃ temperatuuri tõustes hakkab proovi mass suurenema. See tähendab, et kehakaalu suurenemine toimub. Selle põhjuseks on asjaolu, et süsinikkiu pinnal olev sic oksüdeeritakse SIO2 moodustamiseks kõrgel temperatuuril. See reaktsioon on kaalutõusu reaktsioon, mis suurendab proovi massi.

Võrreldes joonist 4A ja 4b, võib leida, et 790 ℃ juures on tavaline süsiniku vildi täielikult oksüdeerunud, samas kui SIC -katte süsiniku viltproovi oksüdatsiooni kaalukaotus on umbes 4%. Kui temperatuur tõuseb 1200 -ni, suureneb SIC -katte süsiniku mass SiO2 tekke tõttu isegi pisut, mis näitab, et SIC kattekiht võib märkimisväärselt parandada süsiniku vildi kõrge temperatuuri oksüdatsiooniresistentsust.

Joonis 4 tg süsiniku vildi kõver

SelleSic -kateKeemilise aurude sadestumise tõttu on edukalt süsiniku jaoks valmistatud ühtlaselt jaotunud, pidev, tihedalt virnastatud ja sellel pole ilmseid auke ega pragusid. SIC -kattekiht on substraadiga tihedalt seotud ilma ilmsete lünkadeta. Sellel on väga tugev antioksüdatsioonivõime.