Bagaimana lapisan sic meningkatkan ketahanan oksidasi karbon terasa？

Karbon terasamemiliki sifat yang sangat baik seperti konduktivitas termal rendah, panas spesifik kecil, dan stabilitas termal suhu tinggi yang baik. Ini sering digunakan sebagai bahan isolasi termal dalam vakum atau atmosfer pelindung dan telah banyak digunakan di bidang semikonduktor. Namun, dalam lingkungan dengan suhu yang lebih tinggi dari 450 ℃, rasanya karbon akan dioksidasi dengan cepat, mengakibatkan penghancuran material yang cepat. Lingkungan pemrosesan semikonduktor seringkali lebih tinggi dari 450 ° C, sehingga sangat penting untuk meningkatkan resistensi oksidasi karbon.

Mengapa MemilihLapisan sic?

Lapisan permukaan adalah metode anti-oksidasi yang ideal untuk produk serat karbon. Pelapisan anti-oksidasi meliputi pelapis logam, pelapis keramik, pelapis kaca, dll. Di antara pelapis keramik, SiC memiliki ketahanan oksidasi suhu tinggi yang sangat baik dan kompatibilitas fisik dan kimia yang baik dengan produk serat karbon. Ketika SiC dioksidasi pada suhu tinggi, SiO2 yang dihasilkan pada permukaannya dapat mengisi retakan dan cacat lainnya dalam lapisan dan memblokir penetrasi O2, menjadikannya bahan pelapis yang paling umum digunakan dalam pelapisan produk serat karbon.

Bagaimana cara melakukan lapisan sic pada karbon yang dirasakan?

Lapisan SiC disiapkan pada permukaan karbon yang terasa serat karbon dengan deposisi uap kimia. Setelah pembersihan ultrasonik, karbon yang disiapkan terasa kering pada 100 ℃ untuk jangka waktu tertentu. Perasaan karbon dipanaskan hingga 1100 ℃ dalam tungku tabung vakum, dengan AR sebagai gas pengenceran dan H2 sebagai gas pembawa, dan triklorometil siloksane yang dipanaskan dipimpin ke ruang reaksi dengan metode bubbler. Prinsip deposisi adalah sebagai berikut:

Ch₃Shick (g) → sic (s) +3hcl (g)

Seperti apa permukaan karbon lapisan SIC yang terasa?

Kami menggunakan D8 Advance X-Ray difractometer (XRD) untuk menganalisis komposisi fase fasul karbon pelapis SiC. Dari spektrum XRD karbon pelapis SIC felt, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, ada tiga puncak difraksi yang jelas pada 2θ = 35,8 °, 60,2 °, dan 72 °, yang masing-masing sesuai dengan (111), (220), dan (311) pesawat kristal β-SIC, masing-masing. Dapat dilihat bahwa lapisan yang terbentuk pada permukaan karbon yang terasa adalah β-SIC.

Gambar 1 Spektrum XRD dari karbon pelapis SIC terasa

Kami menggunakan mikroskop elektron pemindaian Magellan 400 (SEM) untuk mengamati morfologi mikroskopis karbon yang dirasakan sebelum dan sesudah lapisan. Seperti dapat dilihat dari Gambar 2, serat karbon di dalam karbon asli terasa tidak rata -rata ketebalan, terdistribusi secara chaotic, dengan sejumlah besar rongga, dan kepadatan keseluruhan yang rendah (sekitar 0,14 g/cm3). Kehadiran sejumlah besar rongga dan kepadatan rendah adalah alasan utama mengapa karbon dirasakan dapat digunakan sebagai bahan isolasi termal. Ada sejumlah besar alur di permukaan serat karbon di dalam karbon asli yang dirasakan di sepanjang sumbu serat, yang membantu meningkatkan kekuatan ikatan antara lapisan dan matriks. 

Dari perbandingan Gambar 2 dan 3, dapat dilihat bahwa serat karbon di dalam karbon lapisan yang dirasakan ditutupi dengan lapisan SIC. Pelapis SIC dibentuk oleh partikel -partikel kecil yang ditumpuk erat, dan lapisannya seragam dan padat. Mereka terikat erat dengan matriks serat karbon, tanpa pengelupasan, retak dan lubang yang jelas, dan tidak ada retak yang jelas pada ikatan dengan matriks.

Gambar 2 Morfologi karbon felt dan ujung serat karbon tunggal sebelum pelapisan

Gambar 3 Morfologi karbon felt dan ujung serat karbon tunggal setelah pelapisan

Bagaimana resistensi oksidasi karbon pelapis SiC terwujud?

Kami melakukan analisis termogravimetri (TG) masing -masing pada karbon biasa dan felt karbon pelapis sic. Laju pemanasan adalah 10 ℃/mnt dan laju aliran udara adalah 20 ml/menit. Gambar 4 adalah kurva TG dari karbon yang terasa, di mana Gambar 4A adalah kurva TG dari karbon yang tidak dilapisi dan Gambar 4B adalah kurva TG dari karbon pelapis SIC yang terasa. Dapat dilihat dari Gambar 4A bahwa sampel yang tidak ternoda karbon yang tidak teroksidasi secara perlahan di bawah sekitar 600 ℃, dan laju oksidasi secara signifikan dipercepat setelah melampaui 600 ℃. Pada sekitar 790 ℃, fraksi massa sisa sampel adalah 0, yang berarti telah sepenuhnya teroksidasi. 

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4B, sampel felt karbon pelapisan tidak memiliki kerugian massa ketika suhu naik dari suhu kamar menjadi 280 ℃. Pada 280-345 ℃, sampel mulai teroksidasi secara bertahap, dan laju oksidasi relatif cepat. Pada 345-520 ℃, kemajuan oksidasi melambat. Pada sekitar 760 ℃, kehilangan massa sampel mencapai maksimum, yaitu sekitar 4%. Pada 760-1200 ℃, saat suhu naik, massa sampel mulai meningkat. Yaitu, kenaikan berat badan terjadi. Ini karena SiC pada permukaan serat karbon dioksidasi untuk membentuk SiO2 pada suhu tinggi. Reaksi ini adalah reaksi penambahan berat badan, yang meningkatkan massa sampel.

Membandingkan Gambar 4A dan Gambar 4B, dapat ditemukan bahwa pada 790 ℃, karbon biasa yang dirasakan telah sepenuhnya teroksidasi, sedangkan laju penurunan berat oksidasi dari sampel felt karbon pelapisan SiC sekitar 4%. Ketika suhu naik menjadi 1.200 ℃, massa karbon pelapis SIC terasa bahkan sedikit meningkat karena generasi SiO2, yang menunjukkan bahwa lapisan SIC dapat secara signifikan meningkatkan resistensi oksidasi suhu yang tinggi dari karbon yang terasa.

Gbr. 4 kurva karbon TG terasa

ItuLapisan sicberhasil disiapkan pada karbon yang dirasakan oleh deposisi uap kimia didistribusikan secara merata, kontinu, ditumpuk padat, dan tidak memiliki lubang atau retakan yang jelas. Lapisan SIC terikat erat dengan substrat tanpa celah yang jelas. Ini memiliki kemampuan anti-oksidasi yang sangat kuat.