Làm thế nào để lớp phủ SIC cải thiện khả năng chống oxy hóa của carbon cảm thấy？

Cảm thấy carbonCó tính chất tuyệt vời như độ dẫn nhiệt thấp, nhiệt riêng nhỏ và độ ổn định nhiệt nhiệt độ cao tốt. Nó thường được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt trong khí quyển chân không hoặc bảo vệ và đã được sử dụng rộng rãi trong trường bán dẫn. Tuy nhiên, trong một môi trường có nhiệt độ cao hơn 450, cảm giác carbon sẽ bị oxy hóa nhanh chóng, dẫn đến sự phá hủy nhanh chóng của vật liệu. Môi trường xử lý của chất bán dẫn thường cao hơn 450 ° C, do đó, điều đặc biệt quan trọng là cải thiện khả năng chống oxy hóa của cảm giác carbon.

Tại sao chọnLớp phủ sic?

Lớp phủ bề mặt là một phương pháp chống oxy hóa lý tưởng cho các sản phẩm sợi carbon. Lớp phủ chống oxy hóa bao gồm lớp phủ kim loại, lớp phủ gốm, lớp phủ thủy tinh, v.v ... Trong số các lớp phủ gốm, SIC có khả năng chống oxy hóa nhiệt độ cao tuyệt vời và khả năng tương thích về thể chất và hóa học tốt với các sản phẩm sợi carbon. Khi SIC bị oxy hóa ở nhiệt độ cao, SiO2 được tạo ra trên bề mặt của nó có thể lấp đầy các vết nứt và các khuyết tật khác trong lớp phủ và ngăn chặn sự xâm nhập của O2, làm cho nó trở thành vật liệu lớp phủ được sử dụng phổ biến nhất trong lớp phủ sản phẩm sợi carbon.

Làm thế nào để thực hiện lớp phủ sic trên cảm giác carbon?

Lớp phủ SIC được điều chế trên bề mặt sợi carbon cảm thấy carbon bằng cách lắng đọng hơi hóa học. Sau khi làm sạch siêu âm, cảm giác carbon đã chuẩn bị được sấy khô ở 100 ℃ trong một khoảng thời gian. Cảm giác carbon được làm nóng đến 1100 ℃ trong lò ống chân không, với AR là khí pha loãng và H2 làm khí mang, và trichloromethyl siloxane được làm nóng được dẫn vào buồng phản ứng bằng phương pháp sủi bọt. Nguyên tắc lắng đọng như sau:

Ch₃Shick (g) → sic (s) +3HCl (g)

Bề mặt cảm giác carbon của lớp phủ sic trông như thế nào?

Chúng tôi đã sử dụng máy đo nhiễu xạ tia X (XRD) trước của D8 để phân tích thành phần pha của cảm giác cảm giác carbon lớp phủ SIC. Từ phổ XRD của cảm giác carbon lớp phủ SIC, như trong Hình 1, có ba đỉnh nhiễu xạ rõ ràng ở 2θ = 35,8 °, 60,2 ° và 72 °, tương ứng với (111), (220) và (311) các mặt phẳng tinh thể của β-SIC. Có thể thấy rằng lớp phủ hình thành trên bề mặt của cảm giác carbon là-sic.

Hình 1 Phổ XRD của cảm giác carbon phủ sic

Chúng tôi đã sử dụng kính hiển vi điện tử quét Magellan 400 (SEM) để quan sát hình thái siêu nhỏ của cảm giác carbon trước và sau khi phủ. Như có thể thấy trong Hình 2, các sợi carbon bên trong cảm giác carbon ban đầu không đồng đều về độ dày, phân bố hỗn loạn, với một số lượng lớn các khoảng trống và mật độ tổng thể thấp (khoảng 0,14 g/cm3). Sự hiện diện của một số lượng lớn các khoảng trống và mật độ thấp là những lý do chính tại sao cảm giác carbon có thể được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt. Có một số lượng lớn các rãnh trên bề mặt các sợi carbon bên trong cảm giác carbon ban đầu dọc theo trục sợi, giúp cải thiện cường độ liên kết giữa lớp phủ và ma trận. 

Từ việc so sánh Hình 2 và 3, có thể thấy rằng các sợi carbon bên trong cảm giác carbon phủ được phủ bằng lớp phủ SIC. Các lớp phủ sic được hình thành bởi các hạt nhỏ xếp chồng lên nhau, và các lớp phủ là đồng nhất và dày đặc. Chúng được liên kết chặt chẽ với ma trận sợi carbon, mà không cần bong tróc rõ ràng, vết nứt và lỗ hổng, và không có vết nứt rõ ràng nào ở liên kết với ma trận.

Hình 2 Hình thái của cảm giác carbon và đầu sợi carbon đơn trước khi phủ

Hình 3 Hình thái của cảm giác carbon và đầu sợi carbon đơn sau khi phủ lớp

Làm thế nào là điện trở oxy hóa của cảm giác carbon lớp phủ SIC được biểu hiện?

Chúng tôi đã tiến hành phân tích nhiệt lượng (TG) trên cảm giác carbon thông thường và cảm giác carbon lớp phủ sic tương ứng. Tốc độ gia nhiệt là 10 ℃/phút và tốc độ dòng không khí là 20 ml/phút. Hình 4 là đường cong TG của cảm giác carbon, trong đó Hình 4A là đường cong TG của cảm giác carbon không vận động và Hình 4b là đường cong TG của cảm giác carbon phủ SIC. Có thể nhìn thấy từ Hình 4A rằng mẫu cảm giác carbon không bọc oxy hóa chậm dưới khoảng 600, và tốc độ oxy hóa được tăng tốc sau khi vượt quá 600. Vào khoảng 790, phần khối dư của mẫu là 0, điều đó có nghĩa là nó đã bị oxy hóa hoàn toàn. 

Như được hiển thị trong Hình 4B, mẫu cảm giác carbon lớp phủ không có tổn thất khối lượng khi nhiệt độ tăng từ nhiệt độ phòng lên 280. Tại 280-345, mẫu bắt đầu oxy hóa dần dần và tốc độ oxy hóa tương đối nhanh. Tại 345-520, tiến trình oxy hóa chậm lại. Vào khoảng 760, mất khối lượng của mẫu đạt tối đa, khoảng 4%. Tại 760-1200, khi nhiệt độ tăng, khối lượng của mẫu bắt đầu tăng. Đó là, tăng cân xảy ra. Điều này là do SIC trên bề mặt của sợi carbon bị oxy hóa để tạo thành SiO2 ở nhiệt độ cao. Phản ứng này là một phản ứng tăng cân, làm tăng khối lượng của mẫu.

So sánh Hình 4A và Hình 4B, có thể thấy rằng tại 790, cảm giác carbon thông thường đã bị oxy hóa hoàn toàn, trong khi tốc độ giảm cân oxy hóa của mẫu cảm giác carbon lớp phủ SIC là khoảng 4%. Khi nhiệt độ tăng lên 1200, khối lượng của carbon lớp SIC cảm thấy thậm chí tăng nhẹ do sự tạo ra SiO2, cho thấy lớp phủ SIC có thể cải thiện đáng kể điện trở oxy hóa nhiệt độ cao của cảm giác carbon.

Hình 4 đường cong Tg của cảm giác carbon

CácLớp phủ sicChuẩn bị thành công trên cảm giác carbon bằng cách lắng đọng hơi hóa học được phân phối đều, liên tục, xếp chồng và không có lỗ hổng hoặc vết nứt rõ ràng. Lớp phủ SIC được liên kết chặt chẽ với chất nền mà không có khoảng trống rõ ràng. Nó có khả năng chống oxy hóa rất mạnh.