SIC kaplama karbonun oksidasyon direncini nasıl geliştirir？

Karbon keçeDüşük termal iletkenlik, küçük spesifik ısı ve iyi yüksek sıcaklık termal stabilitesi gibi mükemmel özelliklere sahiptir. Genellikle bir vakum veya koruyucu atmosferde termal yalıtım malzemesi olarak kullanılır ve yarı iletken alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, sıcaklık 450 ℃'den yüksek olan bir ortamda, karbon keçe hızla oksitlenecek ve malzemenin hızlı bir şekilde yok edilmesine neden olacaktır. Yarı iletkenlerin işleme ortamı genellikle 450 ° C'den yüksektir, bu nedenle karbon keçe oksidasyon direncini iyileştirmek özellikle önemlidir.

Neden SeçinSic kaplama?

Yüzey kaplaması, karbon fiber ürünleri için ideal bir anti-oksidasyon yöntemidir. Anti-oksidasyon kaplamaları arasında metal kaplamalar, seramik kaplamalar, cam kaplamalar vb. Seramik kaplamalar arasında SIC, mükemmel yüksek sıcaklık oksidasyon direncine ve karbon fiber ürünleri ile iyi fiziksel ve kimyasal uyumluluğa sahiptir. SIC yüksek sıcaklıkta oksitlendiğinde, yüzeyinde üretilen SIO2, kaplamadaki çatlakları ve diğer kusurları doldurabilir ve O2'nin penetrasyonunu engelleyebilir, bu da onu karbon fiber ürün kaplamalarında en sık kullanılan kaplama malzemesi haline getirebilir.

Karbon keçe üzerinde sic kaplama nasıl yapılır?

SIC kaplama, karbon keçe karbon fiber yüzeyinde kimyasal buhar birikimi ile hazırlandı. Ultrasonik temizlikten sonra, hazırlanan karbon keçe bir süre 100'de kurutuldu. Karbon keçe, bir vakum tüp fırında 1100 ℃, AR seyreltme gazı olarak AR ve taşıyıcı gazı olarak H2'ye ısıtıldı ve ısıtmalı triklorometil siloksan, kalıplama yöntemi ile reaksiyon odasına yönlendirildi. Biriktirme ilkesi aşağıdaki gibidir:

Ch₃Shick (g) → sic (s) +3hcl (g)

SIC kaplama karbon yüzeyi neye benziyor?

SIC kaplama karbon keçesinin faz bileşimini analiz etmek için D8 Advance X-ışını Difraktometresi (XRD) kullandık. SIC kaplama karbon keçe XRD spektrumundan, Şekil 1'de gösterildiği gibi, sırasıyla (111), (220) ve (311) kristal düzlemlerine karşılık gelen 2θ = 35.8 °, 60.2 ° ve 72 ° 'de belirgin üç belirgin kırınım zirvesi vardır. Karbon keçe yüzeyinde oluşan kaplamanın β-sic olduğu görülebilir.

Şekil 1 SIC kaplama karbon keçesinin XRD spektrumu

Kaplamadan önce ve sonra keçe karbonun mikroskobik morfolojisini gözlemlemek için bir Magellan 400 tarama elektron mikroskobu (SEM) kullandık. Şekil 2'den görülebileceği gibi, orijinal karbon keçe içindeki karbon lifleri, çok sayıda boşluk ve düşük bir toplam yoğunluk (yaklaşık 0.14 g/cm3) ile kalınlıkta, kaotik olarak dağılmıştır. Çok sayıda boşluğun ve düşük yoğunluğun varlığı, karbon hissinin termal yalıtım malzemesi olarak kullanılabilmesinin ana nedenleridir. Fiber ekseni boyunca hissedilen orijinal karbonun içindeki karbon liflerinin yüzeyinde çok sayıda oluk vardır, bu da kaplama ve matris arasındaki bağlanma mukavemetini iyileştirmeye yardımcı olur. 

Şekil 2 ve 3'ün karşılaştırılmasından, kaplama karbonun içindeki karbon liflerinin SIC kaplamalarla kaplı olduğu görülebilir. SIC kaplamaları, sıkı bir şekilde istiflenmiş küçük parçacıklar tarafından oluşturulur ve kaplamalar eşit ve yoğundur. Belirgin soyulma, çatlaklar ve delikler olmadan karbon fiber matrisine sıkıca bağlanırlar ve matris ile bağlanmada belirgin bir çatlak yoktur.

Şekil 2 Kaplamadan önce karbon keçe ve tek karbon fiber bitişinin morfolojisi

Şekil 3 Karbon keçe morfolojisi ve kaplamadan sonra tek karbon fiber bitiş

SIC kaplama karbonunun oksidasyon direnci nasıl kendini gösterir?

Sıradan karbon keçe ve SIC kaplama karbon keçe üzerinde termogravimetrik analiz (TG) gerçekleştirdik. Isıtma hızı 10 ℃/dakika ve hava akış hızı 20 ml/dakika idi. Şekil 4, karbon keçe Tg eğrisidir, burada Şekil 4a, kaplama karbon keçe Tg eğrisidir ve Şekil 4B, SIC kaplama karbon keçe TG eğrisidir. Şekil 4A'dan, kapanan karbon keçe örneğinin yaklaşık 600 ℃ altında yavaşça oksidize ettiği görülebilir ve oksidasyon hızının 600 ℃ aşıldıktan sonra önemli ölçüde hızlandırıldığı görülebilir. Yaklaşık 790 ℃ 'da, numunenin artık kütle fraksiyonu 0'dır, yani tamamen oksitlenmiştir. 

Şekil 4B'de gösterildiği gibi, kaplama karbon keçe örneğinin, sıcaklık oda sıcaklığından 280 ℃ yükseldiğinde kütle kaybı yoktur. 280-345 ℃'de numune kademeli olarak oksitlenmeye başlar ve oksidasyon oranı nispeten hızlıdır. 345-520 ℃ 'de oksidasyon ilerlemesi yavaşlar. Yaklaşık 760 ℃ 'da, numunenin kütle kaybı maksimuma ulaşır, bu da yaklaşık%4'tür. 760-1200 ℃, sıcaklık arttıkça, numunenin kütlesi artmaya başlar. Yani, kilo alımı meydana gelir. Bunun nedeni, karbon fiberin yüzeyindeki SIC'nin yüksek sıcaklıkta SiO2 oluşturmak için oksitlenmesidir. Bu reaksiyon, numunenin kütlesini arttıran bir kilo alma reaksiyonudur.

Şekil 4a ve Şekil 4B karşılaştırıldığında, 790 ℃ 'da sıradan karbon keçe tamamen oksitlenirken, SIC kaplama karbon keçe örneğinin oksidasyon ağırlık kaybı oranının yaklaşık%4 olduğu bulunmuştur. Sıcaklık 1200 ℃'ye yükseldiğinde, SIC kaplama karbonunun kütlesi, SIO2 üretimi nedeniyle biraz artıyor, bu da SIC kaplamanın karbon keçe yüksek sıcaklık oksidasyon direncini önemli ölçüde iyileştirebileceğini gösterir.

Şekil 4 Tg karbon keçe eğrisi

.Sic kaplamaKimyasal buhar birikimi ile hissedilen karbon üzerinde başarıyla hazırlanmıştır, eşit olarak dağıtılır, sürekli, yoğun bir şekilde istiflenir ve belirgin bir delik veya çatlak yoktur. SIC kaplama, belirgin boşluklar olmadan substrata sıkıca bağlanır. Çok güçlü anti-oksidasyon yeteneğine sahiptir.