Kuinka sic -pinnoite parantaa hiilen huovan hapettumiskestävyyttä？

Hiilen huovuusSillä on erinomaiset ominaisuudet, kuten alhainen lämmönjohtavuus, pieni ominaislämpö ja hyvä korkean lämpötilan lämpöstabiilisuus. Sitä käytetään usein lämmöneristysmateriaalina tyhjiö- tai suoja -ilmakehässä, ja sitä on käytetty laajasti puolijohdekenttään. Ympäristössä, jonka lämpötila on yli 450 ℃, hiili huopa kuitenkin hapettuu nopeasti, mikä johtaa materiaalin nopeaan tuhoamiseen. Puolijohteiden prosessointiympäristö on usein yli 450 ° C, joten on erityisen tärkeää parantaa hiilen huovan hapettumiskestävyyttä.

Miksi valitaSic -pinnoite?

Pintapäällyste on ihanteellinen antioksidaatiomenetelmä hiilikuitutuotteille. Hapettumisen vastaisiin päällysteisiin sisältyy metallipinnoitteita, keraamisia pinnoitteita, lasipinnoitteita jne. Keraamisten pinnoitteiden keskuudessa SIC: llä on erinomainen korkean lämpötilan hapettumiskestävyys ja hyvä fysikaalinen ja kemiallinen yhteensopivuus hiilikuitutuotteiden kanssa. Kun SIC hapetetaan korkeassa lämpötilassa, pinnallaan syntynyt SiO2 voi täyttää halkeamia ja muita pinnoitteen vikoja ja estää O2: n tunkeutumisen, joten siitä on yleisimmin käytetty pinnoittimateriaali hiilikuitutuotteiden päällysteissä.

Kuinka suorittaa sic -pinnoite hiilen tuntumassa?

SIC -pinnoite valmistettiin hiilihiilikuidun pinnalla kemiallisen höyryn laskeutumisen avulla. Ultraäänipuhdistuksen jälkeen valmistettu hiilen huovuus kuivattiin 100 ℃: n kohdalla tietyn ajanjakson ajan. Hiilen huovuus kuumennettiin arvoon 1100 ℃ tyhjiöputkenuunissa, AR: n laimennuskaasuna ja H2: n kantokaasuna ja lämmitetty trikloorimetyylisiloksaani johdettiin reaktiokammioon kuplerimenetelmällä. Talletusperiaate on seuraava:

CH₃Shick (g) → sic (s) +3hcl (g)

Miltä sic -pinnoitteen hiili -tunteen pinta näyttää?

Käytimme D8-ennakko-röntgendiffraktometriä (XRD) sic-päällystyshiilihuovan faasikoostumuksen analysoimiseksi. SiC-päällystyshiilihuoneen XRD-spektristä, kuten kuviossa 1 esitetään, on kolme ilmeistä diffraktiopiikkiä 2 = 35,8 °, 60,2 ° ja 72 °, jotka vastaavat vastaavasti (111), (220) ja (311) β-SIC: n kiditasoja. Voidaan nähdä, että hiilen huovan pinnalle muodostuva päällyste on β-SIC.

Kuva 1 XRD -spektri sic -päällysteen hiilen huopa

Käytimme Magellan 400: n skannaavaa elektronimikroskooppia (SEM) tarkkailemaan hiili -tuntuman mikroskooppista morfologiaa ennen pinnoitusta ja sen jälkeen. Kuten kuviosta 2 voidaan nähdä, alkuperäisen hiilihuovan sisällä olevat hiilikuidut ovat epätasaisia, kaoottisesti jakautuneita, suurella määrällä tyhjiä ja alhainen kokonaistiheys (noin 0,14 g/cm3). Suuren määrän tyhjiöiden ja alhaisen tiheyden läsnäolo ovat tärkeimmät syyt siihen, miksi hiilen huopa voidaan käyttää lämpöeristysmateriaalina. Alkuperäisen hiilihiilen sisällä olevien hiilikuitujen pinnalla on suuri määrä uria kuituakselin varrella, mikä auttaa parantamaan sidoslujuutta pinnoitteen ja matriisin välillä. 

Kuvioiden 2 ja 3 vertailun perusteella voidaan nähdä, että päällystyshiilen huovan sisällä olevat hiilikuidut peitetään sic -pinnoitteilla. SIC -pinnoitteet muodostetaan pienillä hiukkasilla, jotka on tiukasti pinottu, ja pinnoitteet ovat tasaisia ​​ja tiheitä. Ne on tiukasti sidottu hiilikuitumatriisiin, ilman selviä kuorinta, halkeamia ja reikiä, eikä matriisin kanssa sitoutumisessa ole selvää halkeamista.

Kuva 2 Hiilihuovan ja yhden hiilikuitupäätä ennen päällystämistä

Kuva 3 Hiilihuoneen morfologia ja yksittäinen hiilikuitupäällyste pinnoituksen jälkeen

Kuinka sic -pinnoitteen hiilen huovan hapettumiskestävyys ilmenee?

Suoritimme vastaavasti termogravimetrisen analyysin (TG) tavallisesta hiilihuidosta ja sic -päällysteistä hiilihuidosta. Lämmitysnopeus oli 10 ℃/min ja ilman virtausnopeus oli 20 ml/min. Kuvio 4 on hiilen huovan TG -käyrä, jossa kuvio 4A on peittämättömän hiilen huovan TG -käyrä ja kuvio 4B on sic -päällystyshuollon TG -käyrä. Kuviosta 4A voi nähdä, että peittämättömän hiilen huovanäytteen hapetus hapettaa hitaasti alle 600 ℃: n, ja hapettumisnopeus kiihtyy merkittävästi yli 600 ℃: n yli 600 ℃. Noin 790 ℃: n kohdalla näytteen jäännösmassuhe on 0, mikä tarkoittaa, että se on hapettunut kokonaan. 

Kuten kuviossa 4B esitetään, pinnoitushiili -tuntumassa näytteessä ei ole massahäviötä, kun lämpötila nousee huoneenlämpötilasta 280 ℃: een. 280-345 ℃ -näytössä näyte alkaa hapettua vähitellen, ja hapettumisnopeus on suhteellisen nopea. 345-520 ℃: n hapettumisen eteneminen hidastuu. Noin 760 ℃: n kohdalla näytteen massahäviö saavuttaa maksimin, joka on noin 4%. 760-1200 ℃ lämpötilan noustessa näytteen massa alkaa kasvaa. Eli painonnousu tapahtuu. Tämä johtuu siitä, että hiilikuidun pinnalla oleva sic hapetetaan SIO2: n muodostamiseksi korkeassa lämpötilassa. Tämä reaktio on painonnousun reaktio, joka lisää näytteen massaa.

Kuvion 4a ja kuvion 4B vertaamalla voidaan havaita, että 790 ℃: n kohdalla tavallinen hiilihaukka on hapettunut kokonaan, kun taas sic -päällystyshiilihuoneen näytteen hapettumispainonpudotus on noin 4%. Kun lämpötila nousee 1200 ℃: iin, sic -pinnoitteen hiilen massa kasvaa jopa hiukan SIO2: n muodostumisen vuoksi, mikä osoittaa, että sic -päällyste voi merkittävästi parantaa hiilen tunteen korkean lämpötilan hapettumiskestävyyttä.

Kuva 4 TG hiilen huopa

SeSic -pinnoiteKemiallisella höyryn laskeutumisella tuntemasta hiilellä onnistuneesti valmistettu on tasaisesti jakautunut, jatkuva, tiheästi pinottu, eikä siinä ole ilmeisiä reikiä tai halkeamia. SiC -pinnoite on tiukasti sidottu substraattiin ilman selviä aukkoja. Sillä on erittäin vahva hapettumiskyky.