چگونه پوشش SIC مقاومت اکسیداسیون کربن را بهبود می بخشد

کربن احساس کرددارای خواص عالی مانند هدایت حرارتی کم ، گرمای خاص کوچک و پایداری حرارتی با دمای بالا است. این ماده اغلب به عنوان یک ماده عایق حرارتی در یک فضای خلاء یا محافظ مورد استفاده قرار می گیرد و به طور گسترده در میدان نیمه هادی مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال ، در محیطی با دمای بالاتر از 450 ℃ ، احساس کربن به سرعت اکسیده می شود و در نتیجه تخریب سریع مواد ایجاد می شود. محیط پردازش نیمه هادی ها اغلب از 450 درجه سانتیگراد بالاتر است ، بنابراین بهبود مقاومت اکسیداسیون کربن احساس بسیار مهم است.

چرا انتخاب کنیدروکش?

پوشش سطح یک روش ضد اکسیداسیون ایده آل برای محصولات فیبر کربن است. پوشش های آنتی اکسیداسیون شامل پوشش های فلزی ، پوشش های سرامیکی ، پوشش های شیشه ای و غیره در بین پوشش های سرامیکی ، SIC مقاومت اکسیداسیون درجه حرارت بالا و سازگاری فیزیکی و شیمیایی خوبی با محصولات فیبر کربن دارد. هنگامی که SIC در دمای بالا اکسیده می شود ، SIO2 که بر روی سطح آن ایجاد می شود می تواند ترک ها و سایر نقایص موجود در پوشش را پر کرده و نفوذ O2 را مسدود کند ، و آن را به عنوان رایج ترین مواد پوشش در پوشش محصولات فیبر کربن تبدیل می کند.

چگونه می توان پوشش SIC را روی کربن احساس کرد؟

پوشش SIC بر روی سطح فیبر کربن احساس کربن توسط رسوب بخار شیمیایی تهیه شد. پس از تمیز کردن اولتراسونیک ، کربن آماده شده برای یک دوره زمانی در 100 ℃ خشک شد. احساس کربن در یک کوره لوله خلاء به 1100 ℃ گرم می شود ، با AR به عنوان گاز رقیق کننده و H2 به عنوان گاز حامل ، و تری کلرومتیل گرم شده با روش حباب به داخل محفظه واکنش هدایت می شود. اصل رسوب به شرح زیر است:

چاک₃shick (g) → sic (s) +3hcl (g)

سطح کربن پوشش SIC احساس می کند؟

ما برای تجزیه و تحلیل ترکیب فاز کربن پوشش SIC روکش SIC از پراش سنجی اشعه X D8 Advance (XRD) استفاده کردیم. از طیف XRD از کربن پوشش دهنده SIC ، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است ، سه قله پراش آشکار در 2θ = 35.8 درجه ، 60.2 درجه و 72 درجه وجود دارد که مطابق با (111) ، (220) و (311) هواپیماهای کریستالی β-sic است. مشاهده می شود که پوشش تشکیل شده بر روی سطح کربن نمد β-sic است.

شکل 1 طیف XRD از کربن پوشش SIC نمد

ما برای مشاهده مورفولوژی میکروسکوپی کربن قبل و بعد از پوشش ، از میکروسکوپ الکترونی اسکن ماژلان 400 (SEM) استفاده کردیم. همانطور که از شکل 2 مشاهده می شود ، الیاف کربن در داخل کربن اصلی احساس ضخامت ناهموار ، توزیع هرج و مرج ، با تعداد زیادی حفره و چگالی کلی کم (حدود 0.14 گرم در سانتی متر مکعب). وجود تعداد زیادی از حفره ها و چگالی کم دلایل اصلی استفاده از کربن به عنوان یک ماده عایق حرارتی است. تعداد زیادی شیار روی سطح الیاف کربن در داخل کربن اصلی که در امتداد محور فیبر احساس می شود وجود دارد که به بهبود قدرت پیوند بین پوشش و ماتریس کمک می کند. 

از مقایسه شکل های 2 و 3 می توان دریافت که الیاف کربن در داخل کربن روکش احساس شده با روکش های SIC پوشانده شده اند. روکش های SIC توسط ذرات کوچک که محکم جمع شده اند تشکیل می شوند و روکش ها یکنواخت و متراکم هستند. آنها به طور محکم به ماتریس فیبر کربن ، بدون لایه برداری آشکار ، ترک و سوراخ وصل شده اند ، و هیچ ترکیبی آشکار در پیوند با ماتریس وجود ندارد.

شکل 2 مورفولوژی احساس کربن و فیبر کربن قبل از پوشش پایان می یابد

شکل 3 مورفولوژی احساس کربن و فیبر کربن پس از پوشش پایان می یابد

مقاومت اکسیداسیون کربن پوشش SIC چگونه آشکار می شود؟

ما به ترتیب تجزیه و تحلیل ترموگراویمتریک (TG) را بر روی کربن معمولی و کربن پوشش SIC انجام دادیم. میزان گرمایش 10 ℃ در دقیقه و سرعت جریان هوا 20 میلی لیتر در دقیقه بود. شکل 4 منحنی TG از کربن نمد است ، جایی که شکل 4a منحنی TG از کربن بدون پوشش است و شکل 4b منحنی TG از کربن پوشش دهنده SIC است. از شکل 4a می توان دید که نمونه کربن بدون پوشش به آرامی زیر 600 ℃ اکسید می شود ، و میزان اکسیداسیون پس از فراتر از 600 ℃ به طور قابل توجهی تسریع می شود. در حدود 790 ℃ ، بخش جرم باقیمانده نمونه 0 است ، به این معنی که کاملاً اکسیده شده است. 

همانطور که در شکل 4B نشان داده شده است ، وقتی دمای اتاق از دمای اتاق به 280 ℃ افزایش می یابد ، نمونه احساس کربن روکش از بین رفتن جرم ندارد. در 280-345 ℃ ، نمونه به تدریج اکسید می شود و میزان اکسیداسیون نسبتاً سریع است. در 345-520 ℃ ، پیشرفت اکسیداسیون کند می شود. در حدود 760 ℃ ، از دست دادن جرم نمونه به حداکثر می رسد که حدود 4 ٪ است. در 760-1200 ℃ ، با افزایش دما ، جرم نمونه شروع به افزایش می کند. یعنی افزایش وزن رخ می دهد. این امر به این دلیل است که SIC روی سطح فیبر کربن اکسیده می شود تا SiO2 را در دمای بالا تشکیل دهد. این واکنش یک واکنش افزایش وزن است که باعث افزایش جرم نمونه می شود.

با مقایسه شکل 4a و شکل 4b ، می توان دریافت که در 790 ℃ ، احساس کربن معمولی کاملاً اکسیده شده است ، در حالی که میزان کاهش وزن اکسیداسیون نمونه کربن روکش SIC حدود 4 ٪ است. هنگامی که درجه حرارت به 1200 ℃ افزایش می یابد ، جرم کربن پوشش SIC حتی به دلیل تولید SiO2 کمی افزایش می یابد ، نشان می دهد که پوشش SIC می تواند مقاومت اکسیداسیون درجه حرارت بالا را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

شکل 4 منحنی TG کربن احساس می کند

درروکشبا موفقیت بر روی کربن که توسط رسوب بخار شیمیایی احساس می شود به طور مساوی توزیع می شود ، مداوم ، متراکم انباشته می شود و سوراخ و ترک واضحی ندارد. پوشش SIC بدون شکاف آشکار به بستر وصل می شود. توانایی آنتی اکسیداسیون بسیار قوی دارد.