Sic örtük karbonun oksidləşmə müqavimətini necə artırır?

KarbonluAşağı istilik keçiriciliyi, kiçik xüsusi istilik və yaxşı yüksək temperatur istilik sabitliyi kimi əla xüsusiyyətlərə malikdir. Tez-tez bir vakuumda və ya qoruyucu bir atmosferdə istilik izolyasiya materialı kimi istifadə olunur və yarımkeçirici sahədə geniş istifadə olunur. Bununla birlikdə, bir temperaturu 450-dən yüksək olan bir mühitdə karbon hissi sürətlə oksidləşəcək, nəticədə materialın sürətlə məhv edilməsi ilə nəticələndi. Yarımkeçiricilərin emalı mühiti çox vaxt 450 ° C-dən çoxdur, buna görə karbon hissinin oksidləşmə müqavimətini artırmaq xüsusilə vacibdir.

Niyə seçməkSic örtük?

Səthi örtük karbon lif məhsulları üçün ideal bir oksidləşmə metodudur. Anti-oksidləşmə örtüklərinə metal örtüklər, keramika örtükləri, şüşə örtüklər və s. SIC yüksək temperaturda oksidləşdikdə, SIO2 səthində yaranan Sio2, örtükdəki çatlaqları və digər qüsurları örtükləri doldurub O2-nin nüfuzunu bağlayaraq, karbon lifli məhsul örtüklərində ən çox istifadə olunan örtük materialını bağlaya bilər.

Karbon hissində sic örtükləri necə yerinə yetirmək olar?

Sic örtük karbon hissi karbon lifinin səthində kimyəvi budlu çökmə ilə hazırlanmışdır. Ultrasonik təmizləndikdən sonra hazırlanmış karbon hissi, bir müddət 100 º-də quruduldu. Karbon hissi 1100 º-dən 1100-ə qədər istiləşmə, AR ilə, seyreltmə qazı və H2 kimi daşıyıcı qaz kimi və qızdırılan trichlorometil silokanı bubbler metodu ilə reaksiya otağına aparıldı. Çökmə prinsipi aşağıdakı kimidir:

Chat₃Shick (g) → sic (s) + 3hcl (g)

SIC örtüklü karbon hissi səthi nə kimi görünür?

SIC örtüklü karbon hissinin fazalı tərkibini təhlil etmək üçün D8 Advance X-Ray Diffraktometri (XRD) istifadə etdik. From the XRD spectrum of SiC coating carbon felt, as shown in Figure 1, there are three obvious diffraction peaks at 2θ=35.8°, 60.2°, and 72°, which correspond to the (111), (220), and (311) crystal planes of β-SiC, respectively. Daxili hissənin səthində meydana gələn örtüklərin β-sic olduğunu görmək olar.

Şəkil 1 XRD Spektri SIC örtüklü karbon hissi

Bir Magellan 400 skaner elektron mikroskop (SEM), örtükdən əvvəl və sonra karbon mikroskopiyasını müşahidə etmək üçün istifadə etdik. Şəkil 2-dən göründüyü kimi, orijinal karbondan ibarət karbon lifləri hiss olunan karbon lifləri, çox sayda boşluq və aşağı bir sıxlıq (təxminən 0,14 q / sm3) ilə, xaotik olaraq paylanmışdır. Çox sayda boşluq və aşağı sıxlığın olması, karbon hissinin istilik izolyasiya materialı kimi istifadə edilə biləcəyinin əsas səbəbləridir. Orijinal karbonun içərisindəki karbon liflərinin səthində çox sayda yiv var, lif oxu boyunca örtmə və matris arasındakı bağlama gücünü yaxşılaşdırmağa kömək edir. 

Rəqəmlərin müqayisəsindən 2 və 3-ü, örtüklü karbon hissinin içərisindəki karbon liflərinin sic örtüklərlə örtüldüyü görmək olar. SIC örtükləri kiçik hissəciklər tərəfindən möhkəm yapışdırılır və örtüklər vahid və sıxdır. Dəhşətli soyma, çatlaq və deliklər olmadan karbon lifi matrisinə sıx bağlanırlar və matris ilə bağlama zamanı açıq bir çatlama yoxdur.

Şəkil 2, örtükdən əvvəl karbon hissi və tək karbon lifinin morfologiyası

Şəkil 3, örtükdən sonra karbon hissinin morfologiyası və tək karbon lifi bitir

SIC örtük karbonunun oksidləşmə müqaviməti necə özünü göstərir?

Müvafiq olaraq adi karbon hissi və sic örtüklü karbon hissi üzərində termoğrimetrik analiz (TG) keçirdik. İstilik dərəcəsi 10 ℃ / dəq idi və hava axını dərəcəsi 20 ml / dəq idi. Şəkil 4, Şəkil 4A-nın şəkilli karbon hissi və rəqəm 4B-nin TG əyrisinin TG əyrisinin TG əyri olduğu TG 4A-dan görünməyən karbon hissinin təxminən 600 ℃ -dən aşağı oksidləşdiyi və oksidləşmə dərəcəsi 600 ℃ -dən çox sürətləndiyini göstərir. Təxminən 790 ℃, nümunənin qalıq kütləvi fraksiyası 0-dır, bu da tamamilə oksidləşdi. 

Şəkil 4B-də göstərildiyi kimi, örtüklü karbon hissi nümunəsi, temperatur otaq temperaturundan 280 ℃ -ə qədər azaldıqda kütləvi itkisi yoxdur. 280-345 ℃-də nümunə tədricən oksidləşməyə başlayır və oksidləşmə dərəcəsi nisbətən sürətlidir. 345-520 ℃-də oksidləşmə tərəqqisi yavaşlayır. Təxminən 760-cı ildə, nümunənin kütləvi itkisi maksimuma çatır, bu da təxminən 4%. 760-1200 ℃-də, temperatur yüksəldikdə nümunənin kütləsi artmağa başlayır. Yəni çəki qazanır. Bunun səbəbi, karbon lifinin səthindəki SIC yüksək temperaturda Sio2 formalaşdırmaq üçün oksidləşdi. Bu reaksiya, nümunənin kütləsini artıran bir kilo artım reaksiyasıdır.

Şəkil 4A və Şəkil 4B-ni müqayisə edərək, 790 ℃-də, adi karbon hissi tamamilə oksidləşdi, sic örtüklü karbon hissinin oksidləşməsi tempi təxminən 4% təşkil edir. Temperatur 1200-ə qədər yüksəldikdə, SIC örtüklü karbonunun kütləsi, SIO2 nəsli səbəbindən bir qədər artır, SIC örtüyünün karbon hissinin yüksək temperatur oksidləşmə müqavimətini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra biləcəyini göstərir.

Şəkil 4 TG karbon əyri

BuSic örtükKimyəvi buxar çöküntüsü ilə hiss olunan karbonda uğurla hazırlanan bərabər paylanmış, davamlı, sıx çekli və açıq dəliklər və çatlar yoxdur. SIC örtüyü, açıq boşluqlar olmadan substrata sıx bağlanır. Çox güclü anti-oksidləşmə qabiliyyətinə malikdir.