Comment le revêtement SIC améliore-t-il la résistance à l'oxydation du carbone ressenti？

Carbone FeltA d'excellentes propriétés telles que la faible conductivité thermique, une petite chaleur spécifique et une bonne stabilité thermique à haute température. Il est souvent utilisé comme matériau d'isolation thermique dans un aspirateur ou une atmosphère protectrice et a été largement utilisé dans le champ semi-conducteur. Cependant, dans un environnement avec une température supérieure à 450 ℃, le feutre carbone sera rapidement oxydé, entraînant une destruction rapide du matériau. L'environnement de traitement des semi-conducteurs est souvent supérieur à 450 ° C, il est donc particulièrement important d'améliorer la résistance à l'oxydation du feutre du carbone.

Pourquoi choisirRevêtement sic?

Le revêtement de surface est une méthode anti-oxydation idéale pour les produits en fibre de carbone. Les revêtements anti-oxydation comprennent des revêtements métalliques, des revêtements en céramique, des revêtements en verre, etc. Parmi les revêtements en céramique, le SIC a une excellente résistance d'oxydation à haute température et une bonne compatibilité physique et chimique avec les produits en fibre de carbone. Lorsque le SIC est oxydé à haute température, le SiO2 généré sur sa surface peut remplir les fissures et autres défauts dans le revêtement et bloquer la pénétration de O2, ce qui en fait le matériau de revêtement le plus utilisé dans les revêtements de produits en fibre de carbone.

Comment effectuer un revêtement sic sur le feutre en carbone?

Le revêtement SIC a été préparé à la surface de la fibre de carbone en feutre en carbone par dépôt de vapeur chimique. Après le nettoyage à ultrasons, le feutre en carbone préparé a été séché à 100 ℃ pendant une période de temps. Le feutre du carbone a été chauffé à 1100 ℃ dans un four à tube à vide, avec AR comme gaz de dilution et H2 comme gaz porteur, et le siloxane trichlorométhyl chauffé a été conduit dans la chambre de réaction par la méthode de bulles. Le principe de dépôt est le suivant:

Ch₃Shick (g) → sic (s) + 3hcl (g)

À quoi ressemble la surface en carbone de revêtement SIC?

Nous avons utilisé le diffractomètre à rayons X avancée D8 (XRD) pour analyser la composition de phase du feutre de carbone de revêtement SIC. D'après le spectre XRD du revêtement de revêtement SIC ressenti, comme le montre la figure 1, il existe trois pics de diffraction évidents à 2θ = 35,8 °, 60,2 ° et 72 °, qui correspondent respectivement aux (111), (220) et (311) des plans cristallins de β-SIC, respectivement. On peut voir que le revêtement formé à la surface du feutre carbone est β-SIC.

Figure 1 Spectre XRD du revêtement en carbone de carbone SIC

Nous avons utilisé un microscope électronique à balayage Magellan 400 (SEM) pour observer la morphologie microscopique du carbone ressenti avant et après le revêtement. Comme le montre la figure 2, les fibres de carbone à l'intérieur du feutre carbone d'origine sont inégales dans l'épaisseur, réparties chaotiquement, avec un grand nombre de vides et une faible densité globale (environ 0,14 g / cm3). La présence d'un grand nombre de vides et de faible densité est les principales raisons pour lesquelles le feutre de carbone peut être utilisé comme matériau d'isolation thermique. Il y a un grand nombre de rainures à la surface des fibres de carbone à l'intérieur du carbone d'origine ressenti le long de l'axe des fibres, ce qui aide à améliorer la résistance de liaison entre le revêtement et la matrice. 

D'après la comparaison des figures 2 et 3, on peut voir que les fibres de carbone à l'intérieur du feutre en carbone sont recouvertes de revêtements SIC. Les revêtements SIC sont formés par de petites particules étroitement empilées et les revêtements sont uniformes et denses. Ils sont étroitement liés à la matrice de fibre de carbone, sans peeling, fissures et trous évidents, et il n'y a pas de fissure évidente à la liaison avec la matrice.

Figure 2 La morphologie du feutre en carbone et une fin de fibre de carbone unique avant le revêtement

Figure 3 La morphologie du feutre en carbone et de la fibre de carbone unique fin après revêtement

Comment la résistance à l'oxydation du revêtement SIC est-elle ressentie par le carbone?

Nous avons effectué une analyse thermogravimétrique (TG) sur le feutre de carbone ordinaire et le feutre en carbone de revêtement SIC, respectivement. Le taux de chauffage était de 10 ℃ / min et le débit d'air était de 20 ml / min. La figure 4 est la courbe TG du feutre du carbone, où la figure 4a est la courbe TG du feutre de carbone non enduit et la figure 4B est la courbe TG du feutre de carbone de sic. À environ 790 ℃, la fraction de masse résiduelle de l'échantillon est 0, ce qui signifie qu'elle a été complètement oxydée. 

Comme le montre la figure 4B, l'échantillon de feutre en carbone n'a aucune perte de masse lorsque la température monte de la température ambiante à 280 ℃. À 280-345 ℃, l'échantillon commence à s'oxyder progressivement et le taux d'oxydation est relativement rapide. À 345-520 ℃, la progression de l'oxydation ralentit. À environ 760 ℃, la perte de masse de l'échantillon atteint le maximum, ce qui est d'environ 4%. À 760-1200 ℃, à mesure que la température augmente, la masse de l'échantillon commence à augmenter. Autrement dit, le gain de poids se produit. En effet, le SIC à la surface de la fibre de carbone est oxydé pour former SIO2 à haute température. Cette réaction est une réaction de prise de poids, ce qui augmente la masse de l'échantillon.

En comparant la figure 4A et la figure 4B, on peut constater qu'à 790 ℃, le feutre du carbone ordinaire a été complètement oxydé, tandis que le taux de perte de poids d'oxydation de l'échantillon en carbone de revêtement SIC est d'environ 4%. Lorsque la température monte à 1200 ℃, la masse du carbone de revêtement SIC ressentie même légèrement en raison de la génération de SiO2, ce qui indique que le revêtement SIC peut améliorer considérablement la résistance à l'oxydation à haute température du feutre du carbone.

Fig. 4 Courbe Tg du feutre en carbone

LeRevêtement sicPréparé avec succès sur le carbone ressenti par le dépôt de vapeur chimique est réparti uniformément, continu, densément empilé et n'a pas de trous ni de fissures évidents. Le revêtement SIC est étroitement lié au substrat sans lacunes évidentes. Il a une très forte capacité anti-oxydation.