SIC 코팅은 탄소 펠트의 산화 저항을 어떻게 개선합니까?

탄소 펠트낮은 열전도율, 작은 비열 및 고온 열 안정성과 같은 탁월한 특성이 있습니다. 그것은 종종 진공 또는 보호 대기에서 열 절연 재료로 사용되며 반도체 필드에서 널리 사용되었습니다. 그러나 온도가 450 °보다 높은 환경에서, 탄소 펠트는 빠르게 산화되어 재료의 빠른 파괴를 초래할 것입니다. 반도체의 가공 환경은 종종 450 ° C보다 높으므로 탄소 펠트의 산화 저항을 개선하는 것이 특히 중요합니다.

왜 선택하십시오SIC 코팅?

표면 코팅은 탄소 섬유 제품에 이상적인 항산화 방법입니다. 항산화 코팅에는 금속 코팅, 세라믹 코팅, 유리 코팅 등이 포함됩니다. 세라믹 코팅 중에서 SIC는 우수한 고온 산화 저항성 및 탄소 섬유 제품과 우수한 물리적 및 화학적 호환성을 갖습니다. SIC가 고온에서 산화되면, 표면에 생성 된 SIO2는 코팅에서 균열 및 기타 결함을 채우고 O2의 침투를 차단하여 탄소 섬유 제품 코팅에서 가장 일반적으로 사용되는 코팅 재료가 될 수 있습니다.

탄소 펠트에서 SIC 코팅을 수행하는 방법?

화학 기상 증착에 의해 탄소 펠트 탄소 섬유의 표면에서 SIC 코팅을 제조 하였다. 초음파 청소 후, 제조 된 탄소 펠트는 일정 기간 동안 100 ℃에서 건조시켰다. 탄소 펠트는 진공관 용광로에서 1100 ℃로 가열되었으며, AR은 희석 가스로, 담체 가스로서 H2를, 가열 된 트리클로로 메틸 실록산을 버블러 방법에 의해 반응 챔버로 이끌었다. 증착 원리는 다음과 같습니다.

ch₃Shick (g) → sic (s) +3hcl (g)

SIC 코팅 탄소 펠트 표면은 어떻게 생겼습니까?

우리는 D8 Advance X- 선 회절 계 (XRD)를 사용하여 SIC 코팅 탄소 펠트의 위상 조성을 분석했습니다. SIC 코팅 탄소 펠트의 XRD 스펙트럼으로부터,도 1에 도시 된 바와 같이,도 1에 도시 된 바와 같이, 2θ = 35.8 °, 60.2 ° 및 72 °에서 3 개의 명백한 회절 피크가 있으며, 이는 각각 β-Sic의 (111), (220) 및 (311) 결정 평면에 상응한다. 탄소 펠트의 표면에 형성된 코팅은 β-SIC임을 알 수있다.

그림 1 SIC 코팅 탄소 펠트의 XRD 스펙트럼

우리는 코팅 전후에 탄소 펠트의 미세한 형태를 관찰하기 위해 Magellan 400 스캐닝 전자 현미경 (SEM)을 사용했습니다. 도 2에서 알 수 있듯이, 원래의 탄소 펠트 내부의 탄소 섬유는 두께가 고르지 않으며, 많은 수의 공극과 낮은 전체 밀도 (약 0.14 g/cm3)로 혼돈 적으로 분포되어있다. 많은 수의 공극과 저밀도의 존재는 탄소 펠트가 열 단열재로 사용될 수있는 주된 이유입니다. 섬유 축을 따라 원래 탄소 펠트 내부의 탄소 섬유 표면에 많은 수의 홈이있어 코팅과 매트릭스 사이의 결합 강도를 향상시키는 데 도움이됩니다. 

도 2 및 3의 비교로부터, 코팅 탄소 펠트 내부의 탄소 섬유는 SIC 코팅으로 덮여 있음을 알 수있다. Sic 코팅은 단단히 쌓인 작은 입자에 의해 형성되며 코팅은 균일하고 밀도가 높습니다. 그것들은 명백한 필링, 균열 및 구멍없이 탄소 섬유 매트릭스에 단단히 결합되며, 매트릭스와의 결합에 명백한 균열은 없습니다.

그림 2 코팅 전 탄소 펠트 및 단일 탄소 섬유 끝의 형태

그림 3 코팅 후 탄소 펠트 및 단일 탄소 섬유 끝의 형태

SIC 코팅 탄소의 산화 저항은 어떻게 나타나는가?

본 발명자들은 각각 일반 탄소 펠트 및 SIC 코팅 탄소 펠트에 대해 TG (Thermogravimetric Analysis)를 수행했습니다. 가열 속도는 10 ℃/분이고 공기 유량은 20 mL/분이었다. 그림 4는 탄소 펠트의 TG 곡선이며, 여기서도 4a는 코팅 탄소 펠트의 TG 곡선이며, 그림 4B는 SIC 코팅 탄소 펠트의 TG 곡선이며, 그림 4a에서 샘플 펠트가 약 600 ℃ 이하로 천천히 산화되며 산화 속도가 600 °를 초과 한 후에도 상당히 가득 차 있음을 알 수 있습니다. 약 790 ℃에서, 샘플의 잔류 질량 분율은 0이므로, 이는 완전히 산화되었음을 의미한다. 

도 4B에 도시 된 바와 같이, 코팅 탄소 펠트 샘플은 온도가 실온에서 280 ℃로 상승 할 때 질량 손실이 없다. 280-345 ℃에서, 샘플은 점차적으로 산화되기 시작하고 산화 속도는 비교적 빠르다. 345-520 ℃에서 산화 진행이 느려집니다. 약 760 ℃에서 샘플의 질량 손실은 최대 4%에 도달합니다. 온도가 상승함에 따라 샘플의 질량이 증가하기 시작합니다. 즉, 체중 증가가 발생합니다. 이는 탄소 섬유의 표면의 SIC가 산화되어 고온에서 SIO2를 형성하기 때문입니다. 이 반응은 체중 증가 반응으로 샘플의 질량을 증가시킨다.

도 4a와도 4b를 비교하면, 790 ℃에서 일반 탄소 펠트는 완전히 산화 된 반면, SIC 코팅 탄소 펠트 샘플의 산화 체중 감소 속도는 약 4%입니다. 온도가 1200 ℃로 상승하면 SIC 코팅 탄소의 질량은 SIO2의 생성으로 인해 약간 증가하여 SIC 코팅이 탄소 펠트의 고온 산화 저항을 상당히 향상시킬 수 있음을 나타냅니다.

그림 4 탄소 펠트의 TG 곡선

그만큼SIC 코팅화학 증기 증착에 의해 펠트 펠트에 대한 탄소에 성공적으로 준비된 것은 골고루 분포되고 연속적이며 밀도가 높으며 명백한 구멍이나 균열이 없습니다. SIC 코팅은 명백한 간격없이 기판에 단단히 결합된다. 항산화 능력이 매우 강합니다.