Como o revestimento do SiC melhora a resistência a oxidação do sentimento de carbono？

Sentido de carbonopossui excelentes propriedades, como baixa condutividade térmica, pequeno calor específico e boa estabilidade térmica de alta temperatura. É frequentemente usado como material de isolamento térmico em um vácuo ou atmosfera protetora e tem sido amplamente utilizada no campo semicondutor. No entanto, em um ambiente com uma temperatura superior a 450 ℃, o sentimento de carbono será rapidamente oxidado, resultando em uma rápida destruição do material. O ambiente de processamento dos semicondutores é frequentemente superior a 450 ° C; portanto, é particularmente importante melhorar a resistência a oxidação do sentimento de carbono.

Por que escolherRevestimento sic?

O revestimento de superfície é um método ideal de antioxidação para produtos de fibra de carbono. Os revestimentos anti-oxidação incluem revestimentos de metal, revestimentos de cerâmica, revestimentos de vidro, etc. Entre os revestimentos de cerâmica, o SiC possui excelente resistência a oxidação de alta temperatura e boa compatibilidade física e química com produtos de fibra de carbono. Quando o SiC é oxidado em alta temperatura, o SiO2 gerado em sua superfície pode preencher rachaduras e outros defeitos no revestimento e bloquear a penetração do O2, tornando -o o material de revestimento mais usado em revestimentos de produtos de fibra de carbono.

Como realizar o revestimento SiC no carbono sentido?

O revestimento SiC foi preparado na superfície da fibra de carbono de carbono por deposição de vapor químico. Após a limpeza ultrassônica, o feltro de carbono preparado foi seco a 100 ℃ por um período de tempo. O sentimento de carbono foi aquecido a 1100 ℃ em um forno de tubo a vácuo, com AR como gás de diluição e H2 como gás transportador, e o triclorometil siloxano aquecido foi levado à câmara de reação pelo método Bubbler. O princípio de deposição é o seguinte:

Cap₃Shick (g) → sic (s) +3hcl (g)

Como é a superfície do sentimento de carbono de revestimento SiC?

Utilizamos o difratômetro de raios X avançado de D8 (DRX) para analisar a composição de fase do sentimento de carbono de revestimento SiC. A partir do espectro de DRX do sentimento de carbono de revestimento SiC, como mostrado na Figura 1, existem três picos de difração óbvios em 2θ = 35,8 °, 60,2 ° e 72 °, que correspondem aos planos (111), (220) e (311) de β-SIC, respectivamente. Pode-se observar que o revestimento formado na superfície do sentimento de carbono é β-SIC.

Figura 1 Espectro XRD de SiC Coating Carbon Felt

Utilizamos um microscópio eletrônico de varredura Magellan 400 (SEM) para observar a morfologia microscópica do carbono sentido antes e após o revestimento. Como pode ser visto na Figura 2, as fibras de carbono dentro do sentimento original do carbono são desiguais de espessura, distribuídas caoticamente, com um grande número de vazios e uma baixa densidade geral (cerca de 0,14 g/cm3). A presença de um grande número de vazios e baixa densidade são as principais razões pelas quais o sentimento de carbono pode ser usado como material de isolamento térmico. Há um grande número de ranhuras na superfície das fibras de carbono dentro do sentimento original de carbono ao longo do eixo da fibra, o que ajuda a melhorar a força de ligação entre o revestimento e a matriz. 

A partir da comparação das Figuras 2 e 3, pode -se observar que as fibras de carbono dentro do revestimento de carbono são cobertas com revestimentos SiC. Os revestimentos do SIC são formados por pequenas partículas fortemente empilhadas e os revestimentos são uniformes e densos. Eles estão fortemente ligados à matriz de fibra de carbono, sem descascamento óbvio, rachaduras e orifícios, e não há rachaduras óbvias na ligação com a matriz.

Figura 2 A morfologia do sentimento de carbono e a extremidade única de fibra de carbono antes do revestimento

Figura 3 A morfologia do sentimento de carbono e da fibra de carbono única após o revestimento

Como a resistência da oxidação do revestimento SiC de carbono parece manifestada?

Realizamos análises termogravimétricas (TG) sobre feltro de carbono comuns e feltro de carbono de revestimento SiC, respectivamente. A taxa de aquecimento foi de 10 ℃/min e a taxa de fluxo de ar foi de 20 ml/min. A Figura 4 é a curva TG de feltro de carbono, onde a Figura 4A é a curva TG do sentimento de carbono que não remove e a Figura 4B é a curva TG do sentimento de carbono de revestimento SiC. Por volta de 790 ℃, a fração de massa residual da amostra é 0, o que significa que ela foi completamente oxidada. 

Como mostrado na Figura 4b, a amostra de feltro de carbono de revestimento não tem perda de massa quando a temperatura sobe da temperatura ambiente para 280 ℃. Em 280-345 ℃, a amostra começa a oxidar gradualmente e a taxa de oxidação é relativamente rápida. Em 345-520 ℃, o progresso da oxidação diminui. Por volta de 760 ℃, a perda de massa da amostra atinge o máximo, o que é de cerca de 4%. Em 760-1200 ℃, à medida que a temperatura aumenta, a massa da amostra começa a aumentar. Ou seja, o ganho de peso ocorre. Isso ocorre porque a SiC na superfície da fibra de carbono é oxidada para formar SiO2 em alta temperatura. Essa reação é uma reação de ganho de peso, que aumenta a massa da amostra.

Comparando a Figura 4a e a Figura 4b, pode -se descobrir que, em 790 ℃, o sentimento comum de carbono foi completamente oxidado, enquanto a taxa de perda de peso da oxidação da amostra de feltro de carbono de revestimento SiC é de cerca de 4%. Quando a temperatura aumenta para 1200 ℃, a massa do carbono de revestimento SiC sentiu até aumenta levemente devido à geração de SiO2, indicando que o revestimento SiC pode melhorar significativamente a resistência a oxidação de alta temperatura do sentimento de carbono.

Fig. 4 TG Curva de feltro de carbono

ORevestimento sicPreparado com sucesso em carbono sentido pela deposição de vapor químico é distribuído uniformemente, contínuo, densamente empilhado e não possui orifícios ou rachaduras óbvias. O revestimento SiC é fortemente ligado ao substrato sem lacunas óbvias. Tem uma capacidade antioxidação muito forte.