¿Cómo mejora el recubrimiento SIC la resistencia a la oxidación del sentimiento de carbono？

Fieltro de carbonoTiene excelentes propiedades, como baja conductividad térmica, calor específico pequeño y buena estabilidad térmica de alta temperatura. A menudo se usa como material de aislamiento térmico en un vacío o atmósfera protectora y se ha utilizado ampliamente en el campo de semiconductores. Sin embargo, en un entorno con una temperatura superior a 450 ℃, el sentimiento de carbono se oxidará rápidamente, lo que dará como resultado una rápida destrucción del material. El entorno de procesamiento de los semiconductores a menudo es superior a 450 ° C, por lo que es particularmente importante mejorar la resistencia a la oxidación del fieltro de carbono.

Por qué elegirRecubrimiento sic?

El recubrimiento superficial es un método antioxidación ideal para productos de fibra de carbono. Los recubrimientos antioxidación incluyen recubrimientos de metal, recubrimientos de cerámica, recubrimientos de vidrio, etc. Entre los recubrimientos de cerámica, SIC tiene una excelente resistencia a la oxidación de alta temperatura y una buena compatibilidad física y química con productos de fibra de carbono. Cuando SIC se oxida a alta temperatura, el SIO2 generado en su superficie puede llenar grietas y otros defectos en el recubrimiento y bloquear la penetración de O2, lo que lo convierte en el material de recubrimiento más utilizado en recubrimientos de productos de fibra de carbono.

¿Cómo realizar el recubrimiento SIC sobre el fieltro de carbono?

El recubrimiento SIC se preparó en la superficie de la fibra de carbono de carbono mediante deposición química de vapor. Después de la limpieza ultrasónica, el fieltro de carbono preparado se secó a 100 ℃ durante un período de tiempo. El fieltro de carbono se calentó a 1100 ℃ en un horno de tubo de vacío, con AR como gas de dilución y H2 como gas portador, y el tricllorometil siloxano calentado se dirigió a la cámara de reacción mediante el método bubbler. El principio de deposición es el siguiente:

Pez₃Shick (g) → sic (s) +3hcl (g)

¿Cómo se ve la superficie del carbono de recubrimiento SIC con sentencia de carbono?

Utilizamos el difractómetro de rayos X de avance D8 (DRD) para analizar la composición de fase del fieltro de carbono de recubrimiento SIC. Desde el espectro XRD de fieltro de carbono de recubrimiento SiC, como se muestra en la Figura 1, hay tres picos de difracción obvios a 2θ = 35.8 °, 60.2 ° y 72 °, que corresponden a los (111), (220) y (311) planos de cristal de β-SIC, respectivamente. Se puede ver que el recubrimiento formado en la superficie del fieltro de carbono es β-SIC.

Figura 1 espectro XRD de recubrimiento SiC Carbon Feed

Utilizamos un microscopio electrónico de barrido Magellan 400 (SEM) para observar la morfología microscópica del carbono antes y después del recubrimiento. Como se puede ver en la Figura 2, las fibras de carbono dentro del fieltro de carbono original son desiguales en grosor, distribuidas caóticamente, con una gran cantidad de vacíos y una baja densidad general (aproximadamente 0.14 g/cm3). La presencia de una gran cantidad de vacíos y baja densidad son las principales razones por las cuales el fieltro de carbono puede usarse como material de aislamiento térmico. Hay una gran cantidad de surcos en la superficie de las fibras de carbono dentro del enfoque de carbono original a lo largo del eje de fibra, lo que ayuda a mejorar la resistencia de la unión entre el recubrimiento y la matriz. 

A partir de la comparación de las Figuras 2 y 3, se puede ver que las fibras de carbono dentro del recubrimiento de carbono están cubiertas de recubrimientos SIC. Los recubrimientos SIC están formados por pequeñas partículas bien apiladas, y los recubrimientos son uniformes y densos. Están bien unidos a la matriz de fibra de carbono, sin un pelado obvio, grietas y agujeros, y no hay grietas obvias en la unión con la matriz.

Figura 2 La morfología del fieltro de carbono y el extremo de fibra de carbono único antes del recubrimiento

Figura 3 La morfología del fieltro de carbono y el extremo de la fibra de carbono único después del recubrimiento

¿Cómo se siente la resistencia a la oxidación del carbono de recubrimiento SiC?

Realizamos el análisis termogravimétrico (TG) sobre fieltro de carbono ordinario y de recubrimiento SIC carbono, respectivamente. La velocidad de calentamiento fue de 10 ℃/min y la velocidad de flujo de aire fue de 20 ml/min. La Figura 4 es la curva TG de fieltro de carbono, donde la Figura 4A es la curva TG del fieltro de carbono no recubierto y la Figura 4b es la curva TG de la fieltro de carbono de recubrimiento SiC. Se puede ver en la Figura 4A que la muestra de fieltro de carbono no recubierto se oxida lentamente por debajo de aproximadamente 600 ℃, y la tasa de oxidación se acelera significativamente después de 600 ℃. A aproximadamente 790 ℃, la fracción de masa residual de la muestra es 0, lo que significa que se ha oxidado por completo. 

Como se muestra en la Figura 4B, la muestra de fieltro de carbono de recubrimiento no tiene pérdida de masa cuando la temperatura aumenta de la temperatura ambiente a 280 ℃. A 280-345 ℃, la muestra comienza a oxidarse gradualmente, y la tasa de oxidación es relativamente rápida. A 345-520 ℃, el progreso de la oxidación se ralentiza. Aproximadamente 760 ℃, la pérdida de masa de la muestra alcanza el máximo, que es aproximadamente 4%. A 760-1200 ℃, a medida que aumenta la temperatura, la masa de la muestra comienza a aumentar. Es decir, se produce un aumento de peso. Esto se debe a que el SiC en la superficie de la fibra de carbono se oxida para formar SIO2 a alta temperatura. Esta reacción es una reacción de aumento de peso, que aumenta la masa de la muestra.

Comparando la Figura 4A y la Figura 4B, se puede encontrar que a 790 ℃, el sentimiento de carbono ordinario se ha oxidado por completo, mientras que la tasa de pérdida de peso de oxidación de la muestra de recubrimiento de carbono SIC es de aproximadamente el 4%. Cuando la temperatura aumenta a 1200 ℃, la masa del carbono de recubrimiento SiC se sintió incluso aumenta ligeramente debido a la generación de SIO2, lo que indica que el recubrimiento SIC puede mejorar significativamente la resistencia a la oxidación de alta temperatura del sentido de carbono.

Fig. 4 Tg Curva de fieltro de carbono

ElRecubrimiento sicPreparado con éxito en el carbono que se siente por la deposición de vapor químico se distribuye uniformemente, continúa, densamente apilado y no tiene agujeros o grietas obvias. El recubrimiento SIC está estrechamente unido al sustrato sin brechas obvias. Tiene una capacidad antioxidación muy fuerte.