एसआयसी कोटिंग कार्बनच्या ऑक्सिडेशन प्रतिरोधात कसे सुधारते？

कार्बन वाटलेकमी थर्मल चालकता, लहान विशिष्ट उष्णता आणि चांगले उच्च तापमान थर्मल स्थिरता यासारख्या उत्कृष्ट गुणधर्म आहेत. हे बर्‍याचदा व्हॅक्यूम किंवा संरक्षक वातावरणात थर्मल इन्सुलेशन सामग्री म्हणून वापरले जाते आणि अर्धसंवाहक क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणात वापरले जाते. तथापि, 5050० पेक्षा जास्त तापमान असलेल्या वातावरणात, कार्बनला वेगाने ऑक्सिडाइझ केले जाईल, परिणामी सामग्रीचा वेगवान नाश होईल. सेमीकंडक्टर्सचे प्रक्रिया वातावरण बहुतेकदा 450 डिग्री सेल्सियसपेक्षा जास्त असते, म्हणून कार्बनच्या ऑक्सिडेशन प्रतिरोधात सुधारणा करणे विशेषतः महत्वाचे आहे.

का निवडाSic कोटिंग?

कार्बन फायबर उत्पादनांसाठी पृष्ठभाग कोटिंग ही एक आदर्श अँटी-ऑक्सिडेशन पद्धत आहे. अँटी-ऑक्सिडेशन कोटिंग्जमध्ये सिरेमिक कोटिंग्जमध्ये मेटल कोटिंग्ज, सिरेमिक कोटिंग्ज, ग्लास कोटिंग्ज इत्यादींचा समावेश आहे, एसआयसीमध्ये उत्कृष्ट उच्च-तापमान ऑक्सिडेशन प्रतिरोध आणि कार्बन फायबर उत्पादनांसह चांगले भौतिक आणि रासायनिक सुसंगतता आहे. जेव्हा एसआयसीला उच्च तापमानात ऑक्सिडाइझ केले जाते, तेव्हा त्याच्या पृष्ठभागावर तयार केलेले एसआयओ 2 कोटिंगमधील क्रॅक आणि इतर दोष भरू शकते आणि ओ 2 च्या प्रवेशास अवरोधित करू शकते, ज्यामुळे कार्बन फायबर प्रॉडक्ट कोटिंग्जमध्ये सामान्यतः वापरली जाणारी कोटिंग सामग्री बनते.

कार्बनला एसआयसी कोटिंग कसे करावे?

रासायनिक वाष्प जमा करून कार्बन फेलिंग कार्बन फायबरच्या पृष्ठभागावर एसआयसी कोटिंग तयार केले गेले. अल्ट्रासोनिक साफसफाईनंतर, तयार कार्बनला काही कालावधीसाठी 100 at वर वाळवले गेले. व्हॅक्यूम ट्यूब फर्नेसमध्ये कार्बनला 1100 ℃ पर्यंत गरम केले गेले, ज्यात एआर डिल्युशन गॅस आणि एच 2 कॅरियर गॅस म्हणून होते आणि गरम ट्रायक्लोरोमेथिल सिलोक्सन बबलर पद्धतीने प्रतिक्रिया चेंबरमध्ये नेले. जमा करण्याचे तत्व खालीलप्रमाणे आहे:

सीएच₃शिक (जी) → एसआयसी (एस) +3 एचसीएल (जी)

एसआयसी कोटिंग कार्बनला वाटले की पृष्ठभाग कसा दिसतो?

आम्ही एसआयसी कोटिंग कार्बनच्या फेज रचनेचे विश्लेषण करण्यासाठी डी 8 अ‍ॅडव्हान्स एक्स-रे डिफ्रॅक्टोमीटर (एक्सआरडी) वापरले. आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, एसआयसी कोटिंग कार्बनच्या एक्सआरडी स्पेक्ट्रममधून, 2θ = 35.8 °, 60.2 ° आणि 72 ° वर तीन स्पष्ट विवर्तन शिखर आहेत, जे अनुक्रमे (111), (220) आणि (311) क्रिस्टल प्लेन अनुरुप β- सिकच्या क्रिस्टल प्लेनशी संबंधित आहेत. हे पाहिले जाऊ शकते की कार्बनच्या पृष्ठभागावर तयार केलेले कोटिंग β- sic आहे.

आकृती 1 एसआयसी कोटिंग कार्बनचे एक्सआरडी स्पेक्ट्रम वाटले

लेपच्या आधी आणि नंतर कार्बनच्या मायक्रोस्कोपिक मॉर्फोलॉजीचे निरीक्षण करण्यासाठी आम्ही मॅगेलन 400 स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप (एसईएम) वापरला. आकृती 2 वरून पाहिल्याप्रमाणे, मूळ कार्बनच्या आत कार्बन तंतू जाडीमध्ये असमान आहेत, मोठ्या संख्येने व्हॉईड्स आणि कमी एकूण घनता (सुमारे 0.14 ग्रॅम/सेमी 3) सह अनाकलनीयपणे वितरित केले जातात. मोठ्या संख्येने व्हॉईड्स आणि कमी घनतेची उपस्थिती ही मुख्य कारणे आहेत कारण कार्बनला थर्मल इन्सुलेशन सामग्री म्हणून वापरले जाऊ शकते. फायबर अक्षाच्या बाजूने मूळ कार्बनच्या आत कार्बन तंतूंच्या पृष्ठभागावर मोठ्या संख्येने खोबणी आहेत, ज्यामुळे कोटिंग आणि मॅट्रिक्स दरम्यान बंधन शक्ती सुधारण्यास मदत होते. 

आकडेवारी 2 आणि 3 च्या तुलनेत, असे दिसून येते की कोटिंग कार्बनच्या आत कार्बन तंतू एसआयसी कोटिंग्जने झाकलेले आहेत. एसआयसी कोटिंग्ज घट्ट स्टॅक केलेल्या लहान कणांद्वारे तयार केल्या जातात आणि कोटिंग्ज एकसमान आणि दाट असतात. ते स्पष्ट सोलून, क्रॅक आणि छिद्रांशिवाय कार्बन फायबर मॅट्रिक्सशी घट्ट बंधनकारक आहेत आणि मॅट्रिक्सच्या बाँडिंगवर कोणतेही स्पष्ट क्रॅक नाही.

आकृती 2 कार्बनचे मॉर्फोलॉजी आणि लेप करण्यापूर्वी एकल कार्बन फायबर समाप्त

आकृती 3 कार्बनचे मॉर्फोलॉजी आणि कोटिंगनंतर एकल कार्बन फायबर समाप्त

एसआयसी कोटिंग कार्बनचा ऑक्सिडेशन प्रतिरोध कसा प्रकट झाला?

आम्ही अनुक्रमे सामान्य कार्बन फील्ड आणि एसआयसी कोटिंग कार्बनला थर्मोग्राविमेट्रिक विश्लेषण (टीजी) आयोजित केले. हीटिंग रेट 10 ℃/मिनिट होता आणि हवेचा प्रवाह दर 20 एमएल/मिनिट होता. आकृती 4 ही कार्बनच्या टीजी वक्र आहे, जिथे आकृती 4 ए ही अनकोटेटिंग कार्बन फेल्टची टीजी वक्र आहे आणि आकृती 4 बी ही एसआयसी कोटिंग कार्बनच्या टीजी वक्र आहे. आकृती 4 ए वरून हे पाहिले जाऊ शकते की अनकोटेटिंग कार्बनचा नमुना हळूहळू 600 ℃ च्या खाली ऑक्सिडाइझ होतो आणि ऑक्सिडेशन दर 600 ℃ च्या तुलनेत लक्षणीय वेगवान होतो. सुमारे 790 at वर, नमुन्याचे अवशिष्ट वस्तुमान 0 0 आहे, याचा अर्थ असा की ते पूर्णपणे ऑक्सिडाइझ केले गेले आहे. 

आकृती 4 बी मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, तपमानावरून 280 To पर्यंत तापमान वाढते तेव्हा कोटिंग कार्बनच्या नमुन्यात मोठ्या प्रमाणात नुकसान होत नाही. २0०--345 ℃ वर, नमुना हळूहळू ऑक्सिडायझेशन करण्यास सुरवात करतो आणि ऑक्सिडेशन दर तुलनेने वेगवान आहे. 345-520 ℃ वर, ऑक्सिडेशन प्रगती कमी होते. सुमारे 760 at वर, नमुन्याचे सामूहिक नुकसान जास्तीत जास्त पोहोचते, जे सुमारे 4%आहे. 760-1200 ℃ वर, तापमान वाढत असताना, नमुन्याचे वस्तुमान वाढू लागते. म्हणजेच वजन वाढते. कारण कार्बन फायबरच्या पृष्ठभागावरील एसआयसी उच्च तापमानात एसआयओ 2 तयार करण्यासाठी ऑक्सिडाइझ केले जाते. ही प्रतिक्रिया वजन वाढण्याची प्रतिक्रिया आहे, जी नमुन्याचा वस्तुमान वाढवते.

आकृती 4 ए आणि आकृती 4 बी ची तुलना करताना असे आढळले आहे की 90 90 ० वर, सामान्य कार्बनला पूर्णपणे ऑक्सिडाइझ केले गेले आहे, तर एसआयसी कोटिंग कार्बनच्या नमुन्याचे ऑक्सिडेशन वजन कमी दर सुमारे %% आहे. जेव्हा तापमान 1200 ℃ पर्यंत वाढते तेव्हा एसआयसी कोटिंग कार्बनच्या वस्तुमानाने एसआयओ 2 च्या पिढीमुळे किंचित वाढ होते, हे दर्शविते की एसआयसी कोटिंग कार्बनच्या उच्च तापमान ऑक्सिडेशन प्रतिरोधात लक्षणीय सुधारणा करू शकते.

अंजीर. 4 टीजी वक्र कार्बनला वाटले

दSic कोटिंगरासायनिक वाष्प जमा झालेल्या कार्बनवर यशस्वीरित्या तयार केलेले समान रीतीने वितरित केले जाते, सतत, दाटपणे स्टॅक केलेले आहे आणि त्याचे कोणतेही स्पष्ट छिद्र किंवा क्रॅक नाहीत. एसआयसी कोटिंग स्पष्ट अंतरांशिवाय सब्सट्रेटवर घट्ट बंधनकारक आहे. यात खूप मजबूत अँटी-ऑक्सिडेशन क्षमता आहे.