SICコーティングは、炭素フェルトの酸化抵抗をどのように改善しますか

カーボンフェルト低熱伝導率、小さな比熱、良好な高温の熱安定性などの優れた特性があります。多くの場合、真空または保護雰囲気の熱断熱材として使用され、半導体分野で広く使用されています。ただし、温度が450を超える環境では、炭素のフェルトは急速に酸化され、材料が急速に破壊されます。半導体の加工環境は450°Cを超えることが多いため、炭素フェルトの酸化抵抗を改善することが特に重要です。

なぜ選ぶのかSICコーティング?

表面コーティングは、炭素繊維製品の理想的な酸化方法です。抗酸化コーティングには、金属コーティング、セラミックコーティング、ガラスコーティングなどが含まれます。セラミックコーティングの中で、SICには優れた高温酸化抵抗性と、炭素繊維製品との優れた物理的および化学的適合性があります。 SICが高温で酸化されると、その表面で生成されたSiO2は、コーティングの亀裂やその他の欠陥を満たし、O2の浸透をブロックする可能性があり、炭素繊維製品コーティングで最も一般的に使用されるコーティング材料になります。

カーボンフェルトでSICコーティングを実行する方法は？

SICコーティングは、化学蒸気堆積により、炭素フェルトカーボン繊維の表面に調製されました。超音波洗浄後、調製した炭素フェルトを一定期間100℃で乾燥させました。炭素フェルトは、真空管炉で1100℃に加熱され、ARは希釈ガスとして、H2はキャリアガスとしてH2を加熱し、加熱したトリクロロメチルシロキサンをバブラー法により反応チャンバーに導きました。堆積原理は次のとおりです。

ch₃シック（g）→sic（s） +3hcl（g）

SICコーティングカーボンフェルト表面はどのように見えますか？

D8 Advance X-Ray回折計（XRD）を使用して、SICコーティングカーボンフェルトの位相組成を分析しました。図1に示すように、SICコーティング炭素フェルトのXRDスペクトルから、（111）、（220）、および（311）β-SICの結晶平面にそれぞれ対応する2θ= 35.8°、60.2°、および72°に3つの明らかな回折ピークがあります。炭素フェルトの表面に形成されたコーティングがβ-SICであることがわかります。

図1 SICコーティングカーボンフェルトのXRDスペクトル

Magellan 400走査型電子顕微鏡（SEM）を使用して、コーティングの前後に感じた炭素の顕微鏡形態を観察しました。図2からわかるように、元の炭素フェルト内の炭素繊維は、厚さが不均一で、カオスティックに分布し、多数のボイドと低い全体密度（約0.14 g/cm3）があります。多数のボイドと低密度の存在が、炭素フェルトを熱断熱材として使用できる主な理由です。繊維軸に沿って感じられた元の炭素内の炭素繊維の表面には多数の溝があり、コーティングとマトリックスの間の結合強度を改善するのに役立ちます。 

図2と3の比較か​​ら、コーティング炭素内の炭素繊維がSICコーティングで覆われていることがわかります。 SICコーティングは、小さな粒子がしっかりと積み重ねられていることで形成され、コーティングは均一で濃いです。それらは、明らかな剥離、亀裂、穴なしに、炭素繊維マトリックスにしっかりと結合されており、マトリックスとの結合に明らかな亀裂はありません。

図2コーティング前の炭素フェルトと単一炭素繊維の形態の形態

図3コーティング後の炭素フェルトと単一の炭素繊維端の形態

SICコーティング炭素の酸化抵抗はどのように感じられますか？

それぞれ通常のカーボンフェルトとSICコーティング炭素フェルトで熱重量分析（TG）を実施しました。加熱速度は10°/minで、空気流量は20 ml/minでした。図4は炭素フェルトのTG曲線であり、図4aは炭素フェルトのTG曲線であり、図4BはSICコーティング炭素フェルトのTG曲線です。図4aから、酸化速度が約600℃をゆっくり酸化することがわかります。約790℃で、サンプルの残留質量画分は0です。つまり、完全に酸化されています。 

図4Bに示すように、温度が室温から280℃に上昇すると、コーティング炭素フェルトサンプルには質量損失がありません。 280-345で、サンプルは徐々に酸化し始め、酸化速度は比較的速いです。 345-520で、酸化の進行が遅くなります。約760℃で、サンプルの質量損失は最大に達します。これは約4％です。 760-1200で、温度が上昇すると、サンプルの質量が増加し始めます。つまり、体重増加が発生します。これは、炭素繊維の表面上のSICが酸化され、高温でSiO2を形成するためです。この反応は体重増加反応であり、サンプルの質量を増加させます。

図4aと図4bを比較すると、790℃では、通常の炭素フェルトが完全に酸化され、SICコーティング炭素フェルトサンプルの酸化減量率は約4％であることがわかります。温度が1200℃に上昇すると、SICコーティング炭素の質量はSIO2の生成によりわずかに増加し、SICコーティングが炭素フェルトの高温酸化抵抗を大幅に改善できることを示しています。

図4炭素フェルトのTG曲線

The SICコーティング化学蒸気による炭素沈着によって感じられる炭素で成功裏に調製されているのは、均等に分布し、連続し、密に積み重ねられており、明らかな穴や亀裂はありません。 SICコーティングは、明らかなギャップなしで基板にしっかりと結合されています。それは非常に強い酸化能力を持っています。