Hvordan forbedrer SIC -belegg oksidasjonsmotstanden til karbon？

KarbonfiltHar utmerkede egenskaper som lav termisk ledningsevne, liten spesifikk varme og god temperatur med høy temperatur. Det brukes ofte som et termisk isolasjonsmateriale i en vakuum eller beskyttende atmosfære og har blitt mye brukt i halvlederfeltet. I et miljø med en temperatur som er høyere enn 450 ℃, vil imidlertid karbonfilt raskt oksyderes, noe som resulterer i rask ødeleggelse av materialet. Prosesseringsmiljøet til halvledere er ofte høyere enn 450 ° C, så det er spesielt viktig å forbedre oksidasjonsmotstanden til karbonfelt.

Hvorfor velgeSic belegg?

Overflatebelegg er en ideell antioksidasjonsmetode for karbonfiberprodukter. Antioksidasjonsbelegg inkluderer metallbelegg, keramiske belegg, glassbelegg, etc. Blant keramiske belegg har SIC utmerket oksidasjonsmotstand med høy temperatur og god fysisk og kjemisk kompatibilitet med karbonfiberprodukter. Når SIC oksideres ved høy temperatur, kan SiO2 som genereres på overflaten fylle sprekker og andre defekter i belegget og blokkere penetrasjonen av O2, noe som gjør det til det mest brukte beleggmaterialet i karbonfiberproduktbelegg.

Hvordan utføre SIC -belegg på karbonfilt?

SIC -belegg ble fremstilt på overflaten av karbonfelt karbonfiber ved kjemisk dampavsetning. Etter ultralydrensing ble den tilberedte karbonfilten tørket ved 100 ℃ i en periode. Karbonfiltet ble oppvarmet til 1100 ℃ i en vakuumrørovn, med AR som fortynningsgass og H2 som bæregass, og den oppvarmede triklormetylsiloksan ble ført inn i reaksjonskammeret ved boblermetode. Avsettingsprinsippet er som følger:

Ch₃Shick (G) → Sic (S) +3HCl (G)

Hvordan ser SiC Coating Carbon -følelsen ut?

Vi brukte D8 Advance røntgendiffraktometer (XRD) for å analysere fasesammensetningen av SIC-belegg karbonfilt. Fra XRD-spekteret av SIC-belegg karbonfilt, som vist i figur 1, er det tre åpenbare diffraksjonstopper ved 2θ = 35,8 °, 60,2 ° og 72 °, som tilsvarer henholdsvis (111), (220) og (311) krystallplan av β-Sic. Det kan sees at belegget som er dannet på overflaten av karbonfiltet er β-SIC.

Figur 1 XRD -spekter av SiC -belegg karbonfilt

Vi brukte et Magellan 400 skanningselektronmikroskop (SEM) for å observere den mikroskopiske morfologien til karbonfilt før og etter belegg. Som det fremgår av figur 2, er karbonfibrene inne i det originale karbonfiltet ujevn i tykkelse, kaotisk fordelt, med et stort antall hulrom, og en lav total tetthet (ca. 0,14 g/cm3). Tilstedeværelsen av et stort antall tomrom og lav tetthet er de viktigste årsakene til at karbonfilt kan brukes som et termisk isolasjonsmateriale. Det er et stort antall spor på overflaten av karbonfibrene inne i det originale karbon som føles langs fiberaksen, noe som hjelper til med å forbedre bindingsstyrken mellom belegget og matrisen. 

Fra sammenligning av figur 2 og 3, kan det sees at karbonfibrene inne i beleggets karbonfilt er dekket med SIC -belegg. SIC -beleggene dannes av små partikler tett stablet, og beleggene er ensartede og tette. De er tett bundet til karbonfibermatrisen, uten åpenbar peeling, sprekker og hull, og det er ingen åpenbar sprekker ved bindingen til matrisen.

Figur 2 Morfologien til karbonfilt og enkelt karbonfiberende før belegg

Figur 3 Morfologien til karbonfilt og enkelt karbonfiberend etter belegg

Hvordan føles oksidasjonsmotstanden til SIC -beleggkarbon manifestert?

Vi gjennomførte termogravimetrisk analyse (TG) på henholdsvis ordinær karbonfilt og SIC -belegg karbonfilt. Oppvarmingshastigheten var 10 ℃/min og luftstrømningshastigheten var 20 ml/min. Figur 4 er TG -kurven for karbonfilt, hvor figur 4A er TG -kurven for å avkaste karbonfilt og figur 4B er TG -kurven for SiC -belegg karbonfilt. Det kan sees fra figur 4A at den ikke -beleggende karbonfeltet eksempler oksiderer sakte under 600 ℃, og oksidasjonshastigheten er betydelig akselerert etter 600 ℃. Ved omtrent 790 ℃ er den gjenværende massefraksjonen av prøven 0, noe som betyr at den er blitt fullstendig oksidert. 

Som vist i figur 4b, har beleggets karbonfiltrdeprøve ikke noe massetap når temperaturen stiger fra romtemperatur til 280 ℃. Ved 280-345 ℃ begynner prøven å oksidere gradvis, og oksidasjonshastigheten er relativt rask. Ved 345-520 ℃ bremser oksidasjonsutviklingen. På omtrent 760 ℃ når massetapet av prøven det maksimale, som er omtrent 4%. Ved 760-1200 ℃, når temperaturen stiger, begynner massen til prøven å øke. Det vil si at vektøkning oppstår. Dette er fordi SIC på overflaten av karbonfiberen oksideres for å danne SiO2 ved høy temperatur. Denne reaksjonen er en vektøkningsreaksjon, som øker massen til prøven.

Sammenlignet figur 4A og figur 4B, kan det bli funnet at ved 790 ℃ har det vanlige karbonfiltet blitt fullstendig oksidert, mens oksidasjonsvekttapshastigheten til SIC -beleggets karbon -filtprøve er omtrent 4%. Når temperaturen stiger til 1200 ℃, øker massen av SIC -beleggkarbonet til og med litt på grunn av generering av SiO2, noe som indikerer at SIC -belegget kan forbedre den høye temperaturens oksidasjonsmotstand i karbonfeltet betydelig.

Fig. 4 Tg -kurve for karbonfelt

DeSic beleggvellykket fremstilt på karbon som føles ved kjemisk dampavsetning er jevnt fordelt, kontinuerlig, tett stablet og har ingen åpenbare hull eller sprekker. SIC -belegget er tett bundet til underlaget uten åpenbare hull. Det har veldig sterk anti-oksidasjonsevne.