Како се чувствува облогата на SIC да ја подобри отпорноста на оксидацијата на јаглеродот

Јаглерод се чувствувашеима одлични својства како што се ниска термичка спроводливост, мала специфична топлина и добра топлинска стабилност на висока температура. Честопати се користи како термички изолационен материјал во вакуум или заштитна атмосфера и е широко користен во полето на полупроводници. Како и да е, во околина со температура поголема од 450 ℃, јаглеродот се чувствува брзо да се оксидира, што резултира во брзо уништување на материјалот. Опкружувањето за преработка на полупроводници е често поголема од 450 ° C, така што е особено важно да се подобри отпорноста на оксидацијата на јаглеродот.

Зошто да изберетеSic облога?

Површинската обвивка е идеален метод за антиоксидација за производи од јаглеродни влакна. Обложувањата против оксидација вклучуваат метални облоги, керамички облоги, стаклени облоги, итн. Меѓу керамичките облоги, SIC има одлична отпорност на оксидација на висока температура и добра физичка и хемиска компатибилност со производи од јаглеродни влакна. Кога SIC се оксидира на висока температура, SiO2 генериран на неговата површина може да наполни пукнатини и други дефекти во облогата и да ја блокира пенетрацијата на O2, што го прави најчесто користен материјал за обложување во облоги на производи од јаглеродни влакна.

Како да се изврши SIC облога на јаглерод?

Подготвената облога беше подготвена на површината на јаглеродот што се чувствува јаглеродно влакно со хемиско таложење на пареа. По ултразвучното чистење, подготвениот јаглерод се чувствува се суши на 100 ℃ за одреден временски период. Јаглеродот се чувствуваше загреано на 1100 ℃ во печка за вакуумска цевка, со AR како гас за разредување и H2 како гас на носачот, а загреаниот трихлорометил силоксан беше воден во комората на реакција со метод на меур. Принципот на таложење е како што следува:

Ч.₃Шик (е) → sic (а) +3HCl (g)

Како изгледа површината на површината на јаглеродот SIC?

Користевме дифрактометар на Х-зраци D8 (XRD) за да го анализираме фазниот состав на SIC обложување на јаглерод. Од XRD спектарот на SIC обложен јаглерод, како што е прикажано на Слика 1, има три очигледни врвови на дифракција на 2θ = 35,8 °, 60,2 ° и 72 °, кои одговараат на (111), (220) и (311) кристални рамнини на β-SIC, соодветно. Може да се види дека облогата формирана на површината на јаглеродот е β-сик.

Слика 1 XRD спектар на SIC облога јаглерод се чувствува

Користевме електронски микроскоп за скенирање Magellan 400 (SEM) за да ја набудуваме микроскопската морфологија на јаглеродот што се чувствува пред и по облогата. Како што може да се види на Слика 2, јаглеродните влакна во рамките на оригиналниот јаглерод се чувствуваат нерамномерни во дебелина, хаотично дистрибуирани, со голем број празнини и мала густина (околу 0,14 g/cm3). Присуството на голем број празнини и мала густина се главните причини зошто јаглеродот може да се користи како материјал за термичка изолација. Постојат голем број жлебови на површината на јаглеродните влакна во оригиналниот јаглерод што се чувствува по должината на оската на влакната, што помага да се подобри јачината на сврзување помеѓу облогата и матрицата. 

Од споредбата на сликите 2 и 3, може да се види дека јаглеродните влакна во облогата на јаглеродот се покриваат со облоги на SIC. SIC облоги се формираат од мали честички цврсто наредени, а обложувањата се униформни и густи. Тие се цврсто врзани со матрицата на јаглеродни влакна, без очигледно пилинг, пукнатини и дупки и нема очигледно пукање при врзување со матрицата.

Слика 2 Морфологијата на јаглеродот се чувствува и единечен јаглеродно влакно крај пред облогата

Слика 3 Морфологијата на јаглеродот се чувствува и единечен јаглеродно влакно завршува по облогата

Како се чувствува манифестирана отпорноста на оксидацијата на јаглеродот SIC?

Ние спроведовме термогравиметриска анализа (TG) на обичен јаглерод чувствуван и SIC обложување на јаглерод, соодветно. Стапката на греење беше 10 ℃/мин, а стапката на проток на воздухот беше 20 ml/мин. Слика 4 е TG кривата на јаглеродот, каде што Слика 4а е TG кривата на неоткриен јаглерод, а Слика 4б е TG кривата на SIC обложување на јаглерод. На околу 790 ℃, преостаната масовна фракција на примерокот е 0, што значи дека е целосно оксидиран. 

Како што е прикажано на Слика 4Б, примерокот на јаглерод со обложување нема загуба на маса кога температурата се зголемува од собна температура на 280. На 280-345 ℃, примерокот почнува да се оксидира постепено, а стапката на оксидација е релативно брза. На 345-520 ℃, напредокот на оксидацијата се забавува. На околу 760 ℃, масовното губење на примерокот го достигнува максимумот, што е околу 4%. На 760-1200 ℃, како што се зголемува температурата, масата на примерокот почнува да се зголемува. Тоа е, се случува зголемување на телесната тежина. Ова е затоа што SIC на површината на јаглеродните влакна се оксидира за да се формира SiO2 на висока температура. Оваа реакција е реакција на зголемување на телесната тежина, што ја зголемува масата на примерокот.

Споредувајќи ја Слика 4А и Слика 4б, може да се открие дека на 790 ℃, обичниот јаглерод се чувствувал целосно оксидиран, додека стапката на губење на тежината на оксидацијата на примерокот за чувство на јаглерод SIC облога е околу 4%. Кога температурата се искачува на 1200 ℃, масата на јаглеродот со обложување на SIC се чувствува дури и малку се зголемува како резултат на генерирање на SiO2, што укажува дека SIC облогата може значително да ја подобри отпорноста на оксидација на висока температура на јаглеродот.

Сл. 4 Tg крива на јаглерод се чувствува

НаSic облогаУспешно подготвено на јаглерод што го чувствува хемиското таложење на пареата е рамномерно распоредено, континуирано, густо наредено и нема очигледни дупки или пукнатини. Обвивката SIC е цврсто поврзана со подлогата без очигледни празнини. Има многу силна способност за антиоксидација.