كيف يحسن طلاء SIC مقاومة أكسدة الكربون

شعر الكربونله خصائص ممتازة مثل الموصلية الحرارية المنخفضة ، والحرارة الصغيرة المحددة ، والاستقرار الحراري عالية درجة الحرارة العالية. غالبًا ما يتم استخدامه كمواد عزل حرارية في أجواء فراغ أو وقائي ، وقد تم استخدامه على نطاق واسع في مجال أشباه الموصلات. ومع ذلك ، في بيئة مع درجة حرارة أعلى من 450 ℃ ، سيتم أكسدة شعر الكربون بسرعة ، مما يؤدي إلى التدمير السريع للمادة. غالبًا ما تكون بيئة المعالجة في أشباه الموصلات أعلى من 450 درجة مئوية ، لذلك من المهم بشكل خاص تحسين مقاومة الأكسدة لمحسبة الكربون.

لماذا تختارطلاء كذا?

طلاء السطح هو طريقة مثالية لمكافحة الأكسدة لمنتجات ألياف الكربون. تشمل الطلاء المضاد للأكسدة الطلاء المعدني ، الطلاء الخزفي ، الطلاء الزجاجي ، وما إلى ذلك. بين الطلاء الخزفي ، يتمتع SIC بمقاومة ممتازة لأكسدة درجة الحرارة العالية والتوافق الفيزيائي والكيميائي الجيد مع منتجات ألياف الكربون. عندما يتأكسد SIC في درجة حرارة عالية ، يمكن لـ SiO2 المولدة على سطحه ملء التشققات والعيوب الأخرى في الطلاء وتمنع تغلغل O2 ، مما يجعلها أكثر مواد الطلاء شيوعًا في الطلاءات منتجات ألياف الكربون.

كيف تؤدي طلاء كذا على شعر الكربون؟

تم تحضير طلاء SIC على سطح ألياف الكربون من الكربون عن طريق ترسب البخار الكيميائي. بعد التنظيف بالموجات فوق الصوتية ، تم تجفيف الكربون المعدل في 100 ℃ لفترة من الوقت. تم تسخين شعر الكربون إلى 1100 ℃ في فرن أنبوب الفراغ ، مع AR كغاز التخفيف و H2 كغاز الناقل ، وتم تقليد سيلوكسان ثلاثي كلورو ميثيل الساخن إلى غرفة التفاعل بواسطة طريقة Bubbler. مبدأ الترسب هو كما يلي:

الفصل₃شيك (ز) → كذا (ق) +3HCL (ز)

كيف تبدو السطح الكربوني للطلاء الكربون؟

استخدمنا مقياس حيود الأشعة السينية D8 Advance (XRD) لتحليل تكوين الطور من طلاء الكربون Coating Carbon. من طيف XRD من طلاء الكربون التي شعرت بها ، كما هو مبين في الشكل 1 ، هناك ثلاث قمم حيود واضحة عند 2θ = 35.8 ° و 60.2 ° و 72 ° ، والتي تتوافق مع (111) ، (220) ، و (311) طائرات بلورية من β-SIC ، على التوالي. يمكن ملاحظة أن الطلاء المتكون على سطح شعر الكربون هو β-SIC.

الشكل 1 الشكل 1 XRD من طلاء الكربون

استخدمنا مجهر الإلكترون Magellan 400 (SEM) لمراقبة التشكل المجهري للكربون المحسوس قبل وبعد الطلاء. كما يتضح من الشكل 2 ، فإن ألياف الكربون داخل شعر الكربون الأصلي غير متساوٍ في السماكة ، موزعة بشكل فوضوي ، مع عدد كبير من الفراغات ، وكثافة إجمالية منخفضة (حوالي 0.14 جم/سم 3). إن وجود عدد كبير من الفراغات والكثافة المنخفضة هو الأسباب الرئيسية التي تجعل شعور الكربون يمكن استخدامه كمواد عزل حرارية. هناك عدد كبير من الأخاديد على سطح ألياف الكربون داخل الكربون الأصلي المحسوس على طول محور الألياف ، مما يساعد على تحسين قوة الترابط بين الطلاء والمصفوفة. 

من مقارنة الشكلين 2 و 3 ، يمكن ملاحظة أن ألياف الكربون داخل طلاء الكربون المحسوسة مغطاة بطلاء كذا. تتشكل الطلاء SIC بواسطة جزيئات صغيرة مكدسة بإحكام ، والطلاء موحدة وكثيفة. يتم ربطها بإحكام بمصفوفة ألياف الكربون ، دون تقشير واضحة للتشققات والثقوب ، ولا يوجد تكسير واضح في الترابط مع المصفوفة.

الشكل 2 الشكل 2 مورفولوجيا شعر الكربون ونهاية ألياف الكربون المفردة قبل الطلاء

الشكل 3 الشكل 3 مورفولوجيا شعر الكربون ونهاية ألياف الكربون المفردة بعد الطلاء

كيف تتجلى مقاومة أكسدة الكربون في الكربون؟

أجرينا التحليل الحراري الحراري (TG) على شعر الكربون العادي وشعرت كربون الكربون ، على التوالي. كان معدل التدفئة 10 ℃/دقيقة وكان معدل تدفق الهواء 20 مل/دقيقة. الشكل 4 هو منحنى TG من شعر الكربون ، حيث الشكل 4A هو منحنى TG من شعر الكربون غير المطلي والشكل 4 ب هو منحنى TG من طلاء الكربون المحسوس. يمكن أن ينظر من الشكل 4 أ أن العينة الكربونية غير المطلية تتأكسد ببطء أقل من 600 ℃ ، ويتم تسريع معدل الأكسدة بشكل كبير بعد أن تتجاوز 600 ℃. في حوالي 790 ℃ ، يكون جزء الكتلة المتبقية من العينة 0 ، مما يعني أنه قد تم أكسدة تمامًا. 

كما هو مبين في الشكل 4 ب ، فإن عينة الكربون الطلاء لا تحتوي على فقدان الكتلة عندما ترتفع درجة الحرارة من درجة حرارة الغرفة إلى 280 ℃. في 280-345 ℃ ، تبدأ العينة في التأكسد تدريجياً ، ومعدل الأكسدة سريع نسبيًا. في 345-520 ℃ ، يتباطأ تقدم الأكسدة. في حوالي 760 ℃ ، يصل فقدان الكتلة للعينة إلى الحد الأقصى ، وهو حوالي 4 ٪. في 760-1200 ℃ ، مع ارتفاع درجة الحرارة ، تبدأ كتلة العينة في الزيادة. وهذا هو ، يحدث زيادة الوزن. وذلك لأن siC على سطح ألياف الكربون يتأكسد لتشكيل SiO2 في درجة حرارة عالية. هذا التفاعل هو رد فعل زيادة الوزن ، مما يزيد من كتلة العينة.

مقارنة الشكل 4A والشكل 4 ب ، يمكن العثور على أنه في 790 ℃ ، كان الشعور الكربوني العادي مؤكسد تمامًا ، في حين أن معدل فقدان وزن الأكسدة لعينة كربون طلاء SIC حوالي 4 ٪. عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 1200 ℃ ، تزداد كتلة الكربون الطلاء SIC بشكل طفيف بسبب توليد SiO2 ، مما يشير إلى أن طلاء SIC يمكن أن يحسن بشكل كبير من مقاومة أكسدة درجة الحرارة العالية من شعر الكربون.

الشكل 4 منحنى TG من الكربون

الطلاء كذايتم توزيع بشكل متساوٍ ، يتم إعداده بنجاح على الكربون الذي يشعر به ترسيب البخار الكيميائي ، بشكل متساوٍ ، مستمر ، مكدسة بكثافة ، وليس له ثقوب أو تشققات واضحة. يتم ربط طلاء SIC بإحكام على الركيزة دون فجوات واضحة. لديها قدرة قوية للغاية لمكافحة الأكسدة.