एसआईसी कोटिंग कार्बन के ऑक्सीकरण प्रतिरोध में कैसे सुधार करती है

कार्बन महसूस कियाकम तापीय चालकता, छोटी विशिष्ट गर्मी और अच्छे उच्च तापमान थर्मल स्थिरता जैसे उत्कृष्ट गुण हैं। यह अक्सर एक वैक्यूम या सुरक्षात्मक वातावरण में थर्मल इन्सुलेशन सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है और इसे अर्धचालक क्षेत्र में व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। हालांकि, 450 से अधिक तापमान वाले वातावरण में, कार्बन महसूस किया गया कार्बन तेजी से ऑक्सीकरण किया जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप सामग्री का तेजी से विनाश होगा। अर्धचालकों का प्रसंस्करण वातावरण अक्सर 450 डिग्री सेल्सियस से अधिक होता है, इसलिए कार्बन महसूस के ऑक्सीकरण प्रतिरोध में सुधार करना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

क्यों चुनेंसीसी कोटिंग?

सरफेस कोटिंग कार्बन फाइबर उत्पादों के लिए एक आदर्श एंटी-ऑक्सीकरण विधि है। एंटी-ऑक्सीकरण कोटिंग्स में धातु कोटिंग्स, सिरेमिक कोटिंग्स, ग्लास कोटिंग्स आदि शामिल हैं। सिरेमिक कोटिंग्स के बीच, एसआईसी में उत्कृष्ट उच्च तापमान ऑक्सीकरण प्रतिरोध और कार्बन फाइबर उत्पादों के साथ अच्छी भौतिक और रासायनिक संगतता है। जब SIC को उच्च तापमान पर ऑक्सीकरण किया जाता है, तो इसकी सतह पर उत्पन्न SIO2 कोटिंग में दरारें और अन्य दोषों को भर सकता है और O2 के प्रवेश को अवरुद्ध कर सकता है, जिससे यह कार्बन फाइबर उत्पाद कोटिंग्स में सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली कोटिंग सामग्री बन जाता है।

कार्बन पर एसआईसी कोटिंग कैसे प्रदर्शन करें?

रासायनिक वाष्प के बयान द्वारा कार्बन फाइबर कार्बन फाइबर की सतह पर एसआईसी कोटिंग तैयार की गई थी। अल्ट्रासोनिक सफाई के बाद, तैयार किए गए कार्बन महसूस किए गए समय की अवधि के लिए 100 ℃ पर सूख गए। कार्बन को एक वैक्यूम ट्यूब भट्ठी में 1100 ℃ तक गर्म किया गया था, एआर के साथ एआर के रूप में कमजोर पड़ने वाली गैस और एच 2 वाहक गैस के रूप में, और गर्म ट्राइक्लोरोमेथाइल सिलोक्सेन को बब्बलर विधि द्वारा प्रतिक्रिया कक्ष में नेतृत्व किया गया था। बयान सिद्धांत इस प्रकार है:

चौधरी₃शिक (जी) → एसआईसी (एस) +3 एचसीएल (जी)

SIC कोटिंग कार्बन को सतह की तरह क्या दिखता है?

हमने एसआईसी कोटिंग कार्बन की चरण संरचना का विश्लेषण करने के लिए डी 8 एडवांस एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर (एक्सआरडी) का उपयोग किया। SIC कोटिंग कार्बन के XRD स्पेक्ट्रम से, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, 2 = 35.8 °, 60.2 °, और 72 ° पर तीन स्पष्ट विवर्तन चोटियाँ हैं, जो क्रमशः (111), (220), और (311) क्रिस्टल प्लेन के अनुरूप हैं। यह देखा जा सकता है कि कार्बन की सतह पर गठित कोटिंग β-Sic है।

चित्रा 1 एक्सआरडी स्पेक्ट्रम एसआईसी कोटिंग कार्बन लगा

हमने कोटिंग से पहले और बाद में महसूस किए गए कार्बन की सूक्ष्म आकारिकी का निरीक्षण करने के लिए एक मैगलन 400 स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) का उपयोग किया। जैसा कि चित्र 2 से देखा जा सकता है, मूल कार्बन के अंदर कार्बन फाइबर मोटाई में असमान हैं, बड़ी संख्या में voids, और कम समग्र घनत्व (लगभग 0.14 ग्राम/सेमी 3) के साथ वितरित किए जाते हैं। बड़ी संख्या में voids और कम घनत्व की उपस्थिति मुख्य कारण हैं कि कार्बन महसूस किए गए थर्मल इन्सुलेशन सामग्री के रूप में उपयोग किया जा सकता है। फाइबर अक्ष के साथ महसूस किए गए मूल कार्बन के अंदर कार्बन फाइबर की सतह पर बड़ी संख्या में खांचे हैं, जो कोटिंग और मैट्रिक्स के बीच संबंध शक्ति को बेहतर बनाने में मदद करता है। 

आंकड़े 2 और 3 की तुलना से, यह देखा जा सकता है कि कोटिंग कार्बन के अंदर कार्बन फाइबर को एसआईसी कोटिंग्स के साथ कवर किया गया है। एसआईसी कोटिंग्स छोटे कणों द्वारा कसकर खड़ी होती हैं, और कोटिंग्स एक समान और घने होते हैं। वे स्पष्ट रूप से छीलने, दरारें और छेद के बिना कार्बन फाइबर मैट्रिक्स के लिए कसकर बंधे होते हैं, और मैट्रिक्स के साथ संबंध में कोई स्पष्ट दरार नहीं है।

चित्रा 2 कोटिंग से पहले कार्बन महसूस की गई और एकल कार्बन फाइबर की आकृति विज्ञान

चित्रा 3 कोटिंग के बाद कार्बन महसूस और एकल कार्बन फाइबर की आकृति विज्ञान

एसआईसी कोटिंग कार्बन का ऑक्सीकरण प्रतिरोध कैसे प्रकट होता है?

हमने क्रमशः साधारण कार्बन फेल्ट और एसआईसी कोटिंग कार्बन फेल्ट पर थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण (टीजी) का संचालन किया। हीटिंग दर 10 ℃/मिनट थी और वायु प्रवाह दर 20 एमएल/मिनट थी। चित्रा 4 कार्बन महसूस का टीजी वक्र है, जहां चित्रा 4 ए अनटिंग कार्बन फेल्ट का टीजी वक्र है और चित्रा 4 बी एसआईसी कोटिंग कार्बन का टीजी वक्र है। यह चित्रा 4 ए से देखा जा सकता है कि अनियंत्रित कार्बन का नमूना लगभग 600 ℃ से नीचे ऑक्सीकरण करता है, और ऑक्सीकरण दर में 600 ℃ से अधिक होने के बाद काफी तेजी लाई जाती है। लगभग 790 ℃ पर, नमूने का अवशिष्ट द्रव्यमान अंश 0 है, जिसका अर्थ है कि यह पूरी तरह से ऑक्सीकरण किया गया है। 

जैसा कि चित्र 4 बी में दिखाया गया है, कोटिंग कार्बन महसूस किए गए नमूने में कोई द्रव्यमान हानि नहीं होती है जब तापमान कमरे के तापमान से 280 ℃ तक बढ़ जाता है। 280-345 ℃ पर, नमूना धीरे-धीरे ऑक्सीकरण करना शुरू कर देता है, और ऑक्सीकरण दर अपेक्षाकृत तेज होती है। 345-520 ℃ पर, ऑक्सीकरण प्रगति धीमी हो जाती है। लगभग 760 ℃ पर, नमूने का बड़े पैमाने पर नुकसान अधिकतम तक पहुंच जाता है, जो लगभग 4%है। 760-1200 ℃ पर, जैसे ही तापमान बढ़ता है, नमूने का द्रव्यमान बढ़ने लगता है। अर्थात्, वजन बढ़ता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि कार्बन फाइबर की सतह पर SIC उच्च तापमान पर SiO2 बनाने के लिए ऑक्सीकरण किया जाता है। यह प्रतिक्रिया एक वजन बढ़ने की प्रतिक्रिया है, जो नमूने के द्रव्यमान को बढ़ाती है।

चित्रा 4 ए और चित्रा 4 बी की तुलना करते हुए, यह पाया जा सकता है कि 790 ℃ पर, साधारण कार्बन महसूस किया गया है पूरी तरह से ऑक्सीकरण किया गया है, जबकि एसआईसी कोटिंग कार्बन के ऑक्सीकरण वजन घटाने की दर लगभग 4%है। जब तापमान 1200 ℃ तक बढ़ जाता है, तो SIC कोटिंग कार्बन का द्रव्यमान SIO2 की पीढ़ी के कारण भी थोड़ा बढ़ जाता है, यह दर्शाता है कि SIC कोटिंग कार्बन के उच्च तापमान ऑक्सीकरण प्रतिरोध में काफी सुधार कर सकती है।

अंजीर। कार्बन के 4 टीजी वक्र को लगा

The सीसी कोटिंगरासायनिक वाष्प बयान द्वारा महसूस किए गए कार्बन पर सफलतापूर्वक तैयार किए गए कार्बन को समान रूप से वितरित किया जाता है, निरंतर, घनी स्टैक्ड किया जाता है, और इसमें कोई स्पष्ट छेद या दरारें नहीं होती हैं। एसआईसी कोटिंग स्पष्ट अंतराल के बिना सब्सट्रेट के लिए कसकर बंधी है। इसमें बहुत मजबूत एंटी-ऑक्सीकरण क्षमता है।