Hvordan forbedrer SiC -belægningen oxidationsmodstanden for kulstoffelt？

Carbon filtHar fremragende egenskaber såsom lav termisk ledningsevne, lille specifik varme og god høj temperatur termisk stabilitet. Det bruges ofte som et termisk isoleringsmateriale i en vakuum eller en beskyttende atmosfære og er blevet vidt brugt i halvlederfeltet. I et miljø med en temperatur, der er højere end 450 ℃, vil kulstoffeltet imidlertid blive hurtigt oxideret, hvilket resulterer i hurtig ødelæggelse af materialet. Behandlingsmiljøet for halvledere er ofte højere end 450 ° C, så det er især vigtigt at forbedre oxidationsmodstanden for kulstoffeltet.

Hvorfor vælgeSic coating?

Overfladebelægning er en ideel antioxidationsmetode til kulfiberprodukter. Anti-oxidationsbelægninger inkluderer metalbelægninger, keramiske belægninger, glasbelægninger osv. Blandt keramiske belægninger har SIC fremragende oxidationsresistens med høj temperatur og god fysisk og kemisk kompatibilitet med kulfiberprodukter. Når SIC oxideres ved høj temperatur, kan SiO2, der genereres på dens overflade, fylde revner og andre defekter i belægningen og blokere penetrationen af ​​O2, hvilket gør det til det mest almindeligt anvendte belægningsmateriale i carbonfiberproduktbelægninger.

Hvordan udføres sic coating på kulstoffelt?

SIC -belægning blev fremstillet på overfladen af ​​kulstoffelt kulfiber ved kemisk dampaflejring. Efter ultralydsrensning blev den forberedte kulstoffilmtørret tørret til 100 ℃ i en periode. Kulstoffeltet blev opvarmet til 1100 ℃ i en vakuumrørovn, med AR som fortyndingsgas og H2 som bæregas, og den opvarmede trichlormethylsiloxan blev ført ind i reaktionskammeret ved boblermetode. Afsætningsprincippet er som følger:

CH₃Shick (G) → SIC (S) +3HCI (G)

Hvordan ser sic coating carbon filt overflade ud?

Vi brugte D8-forskud røntgenstrålediffraktometer (XRD) til at analysere fasesammensætningen af ​​SIC-coating-kulstoffelt. Fra XRD-spektret af SIC-coating-carbonfelt, som vist i figur 1, er der tre åbenlyse diffraktionstoppe ved 2θ = 35,8 °, 60,2 ° og 72 °, der svarer til henholdsvis (111), (220) og (311) krystalplaner af β-SIC. Det kan ses, at den belægning, der dannes på overfladen af ​​carbon-filten, er ß-SIC.

Figur 1 XRD Spectrum of Sic Coating Carbon Felt

Vi brugte et Magellan 400 -scanningselektronmikroskop (SEM) til at observere den mikroskopiske morfologi af kulstoffelt før og efter belægning. Som det kan ses af figur 2, er carbonfibrene inde i den originale kulstoffelt ujævn i tykkelse, kaotisk fordelt med et stort antal hulrum og en lav samlet tæthed (ca. 0,14 g/cm3). Tilstedeværelsen af ​​et stort antal hulrum og lav densitet er de vigtigste grunde til, at kulstoffelt kan bruges som et termisk isoleringsmateriale. Der er et stort antal riller på overfladen af ​​carbonfibrene inde i den originale kulstof, der føles langs fiberaksen, hvilket hjælper med at forbedre bindingsstyrken mellem belægningen og matrixen. 

Fra sammenligningen af ​​figur 2 og 3 kan det ses, at carbonfibrene inde i coating carbon filt er dækket med SIC -belægninger. SIC -overtrækene dannes af små partikler tæt stablet, og belægningerne er ensartede og tætte. De er tæt bundet til carbonfibermatrixen uden åbenlyst skrælning, revner og huller, og der er ingen åbenlyst revner ved bindingen med matrixen.

Figur 2 Morfologien af ​​kulstoffelt og enkelt carbonfiber ende før belægning

Figur 3 Morfologien af ​​kulstoffelt og enkelt kulstoffiber ende efter belægning

Hvordan manifesteres oxidationsmodstanden for SIC -belægningskulstoffeltet?

Vi gennemførte termogravimetrisk analyse (TG) på henholdsvis almindelig kulstoffelt og SIC -belægningscarbonfelt. Opvarmningshastigheden var 10 ℃/min, og luftstrømningshastigheden var 20 ml/min. Figur 4 er TG -kurven for kulstoffelt, hvor figur 4A er TG -kurven for ikke -overtrukning af kulstoffelt, og figur 4b er TG -kurven for SIC -belægningskulstoffelt. Det kan ses fra figur 4A, at den ikke -overtrukne carbonfelt, der føles, oxideres langsomt under ca. 600 ℃, og oxidationshastigheden er markant accelereret efter at overstiger 600 ℃. Ved ca. 790 ℃ er den resterende massefraktion af prøven 0, hvilket betyder, at den er blevet fuldstændigt oxideret. 

Som vist i figur 4B har coating carbon -filtprøven intet massetab, når temperaturen stiger fra stuetemperatur til 280 ℃. Ved 280-345 ℃ begynder prøven at oxidere gradvist, og oxidationshastigheden er relativt hurtig. Ved 345-520 ℃ bremser oxidationsfremskridt. Ved ca. 760 ℃ når massetabet af prøven det maksimale, hvilket er ca. 4%. Ved 760-1200 ℃, når temperaturen stiger, begynder prøvens masse at stige. Det vil sige, vægtøgning forekommer. Dette skyldes, at SIC på overfladen af ​​carbonfiberen oxideres til dannelse af SiO2 ved høj temperatur. Denne reaktion er en vægtøgningsreaktion, der øger prøvens masse.

Når man sammenligner figur 4A og figur 4B, kan det konstateres, at den almindelige kulstoffilm ved 790 ℃ er blevet fuldstændigt oxideret, mens oxidationens vægttabshastighed for SIC -coating -carbonfeltet er ca. 4%. Når temperaturen stiger til 1200 ℃, føltes massen af ​​SIC -coating -carbonet endda lidt på grund af genereringen af ​​SiO2, hvilket indikerer, at SIC -belægningen markant kan forbedre den høje temperaturoxidationsmodstand af kulstoffeltet.

Fig. 4 TG -kurve af kulstoffelt

DeSic coatingMed succes forberedt på kulstof, der føles ved kemisk dampaflejring, er jævnt fordelt, kontinuerlig, tæt stablet og har ingen åbenlyse huller eller revner. SIC -belægningen er tæt bundet til underlaget uden åbenlyse huller. Det har meget stærk antioxidationsevne.