Pyrolytisk kulstofbelægning - kulstofrustning dyrket af gas

Pyrolytisk kulstof, nogle gange kaldet pyrolytisk grafit, er et metastabilt materiale mellem grafit og amorft kulstof, dannet af den kemiske dampaflejringsproces af kulstofholdige gasser (hovedsageligt kulbrintegasser) ved høje temperaturer på overfladen af ​​et substrat. (Termodynamisk er grafit det faste kulstofmateriale med den laveste Gibbs frie energi.)

01 Pyrolytisk kulstof og kemisk dampaflejring

Processen med at danne en fast belægning ved kemisk at reagere forstadieforbindelser under specifikke procesbetingelser og afsætte dem på overfladen af ​​det substrat, der skal belægges, kaldes kemisk dampaflejring. Et skematisk diagram over hovedtrinene i den kemiske dampaflejringsprocessen er vist nedenfor:

(1) Precursoren kommer ind i reaktionszonen;

(2) Precursoren gennemgår en gasfasereaktion for at danne mellemprodukter;

en. Når temperaturen i reaktionszonen er høj eller i et område langt fra aflejringssubstratet, fortsætter mellemprodukterne med at gennemgå en gasfasereaktion, der danner fast pulver og flygtige biprodukter i gasfasen. en. Fast pulver spredt på overfladen af ​​aflejringssubstratet kan blive kernedannelsessteder for overfladeaflejring, og flygtige biprodukter diffunderer væk fra reaktionszonen;

b. Når temperaturen i reaktionszonen er lav eller i området tæt på aflejringssubstratet, diffunderer mellemprodukter på substratoverfladen, og følgende trin forekommer:

(3) Mellemprodukter adsorberes på substratoverfladen og gennemgår en heterogen reaktion for at producere aflejringsaktive produkter og biprodukter;

(4) Deponeringsaktive produkter diffunderer på overfladen af ​​aflejringssubstratet og akkumulerer for at danne en kontinuerlig belægning;

(5) Gasfase-biprodukter forlader området nær aflejringssubstratet;

(6) Uomsatte råvaregasser og reaktionsbiprodukter forlader reaktionszonen.

Dannelsen af ​​pyrolytisk kulstof er en irreversibel entropi-reduktionsproces, hvor kulstofatomer skifter fra uorden til orden og fra en gasformig tilstand til en fast tilstand ved høje temperaturer. Det er styret af den ultimative retning af kemisk termodynamik, men bevarer alligevel en ikke-ligevægtsmikrostruktur gennem kinetiske veje. En dyb forståelse af denne proces lægger ikke kun materialegrundlaget for kulstof-kulstof-kompositter, højtemperaturbelægninger og kernebrændselsbeklædning, men giver også et dobbelt paradigme af eksperimentelle og teoretiske rammer for eksistensen af ​​kulstof under ekstreme forhold.

02 Fremstillingsproces og påføring af pyrolytisk kulstof

Pyrolytisk kulstof fremstilles ved højtemperaturpyrolyse af kulbrinter i et iltfrit miljø ved 1200-1400 ℃. En vertikal fluid bed-reaktor anvendes, og processen involverer følgende trin: en inert gas (nitrogen eller helium) indføres fra bunden af ​​reaktionsrøret for at fluidisere de ildfaste partikler; en ekstern induktionsspole opvarmer indholdet af reaktionsrøret; og carbonhydridgasser tilsættes for at initiere pyrolysereaktionen.

Pyrolytisk kulstof bruges hovedsageligt som en højtemperaturbeskyttende belægning, til hjerteventiler, biomaterialebelægninger og beskyttende belægninger til atomreaktorbrændstofsfærer og anvendes i vid udstrækning inden for termisk feltbeskyttelse, nuklear energiudnyttelse og biomedicin.

03 Højtemperaturbeskyttende belægning til pyrolytisk kulstof

Silicium, som det mest almindelige halvledermateriale, er meget udbredt i elektronik og fotovoltaik, især i krystallinsk silicium til solceller, hvor dets høje fotoelektriske konverteringseffektivitet gør det til en kernekomponent. Czochralski-metoden anvendes primært til fremstilling af enkeltkrystal silicium. Denne metode, med dens høje produktionseffektivitet, kontrollerbare vækstproces og fordele ved dopingkontrol, er meget udbredt i single-krystal silicium produktion både nationalt og internationalt. Men efterhånden som krystalstørrelsen stiger, stiger omkostningerne ved det termiske grafitfelt også gradvist. Især i siliciumdampmiljøet er grafitkomponenter modtagelige for korrosion, hvilket fører til en forkortet levetid for udstyret. For at løse disse problemer har forskere udviklet korrosionsbestandige belægninger til carbonmaterialer, såsom pyrolytisk carbon (PyC), siliciumcarbid (SiC) og tantalcarbid (TaC) belægninger, for at forbedre levetiden af ​​carbonmaterialer i korrosive højtemperaturmiljøer.

Cao studerede silicidkorrosion af G330-grafit og AC200C/C-kompositter, der blev brugt i enkeltkrystal siliciumovne. De konkluderede, at de åbne porer, der strækker sig fra det indre af grafit til overfladen, giver kanaler til erosion og diffusion af smeltet silicium, hvilket accelererer silicidprocessen af ​​kulstofmaterialer.

Zhao afsatte en pyrolytisk kulstof (PyC) belægning på grafitoverfladen ved hjælp af kemisk dampaflejring. Den resulterende PyC-belægning dækkede fuldstændigt grafitsubstratet og udviste en tæt struktur uden væsentlig porøsitet eller gennemtrængende mikrorevner. Efter behandling af det belagte grafitmateriale i et siliciumdampætsningsmiljø ved 1600 ℃ i 2 timer, er tværsnitsmorfologien af ​​belægningen og EDX-testresultaterne vist i figuren nedenfor. Figur a viser, at selv efter siliciumætsning forbliver belægningen tæt klæbet til underlagets overflade uden tydelige revner. Grundstoffordelingen af ​​kulstof og silicium på overfladen viser næsten ingen siliciumfordeling under PyC-belægningen, hvilket indikerer dens fremragende beskyttende effekt på grafitsubstratet.

Figur - Tværsnitsmorfologi af PyC-belagt grafit efter siliciumætsning

Semicorex leverer skræddersyede TyC/SiC/TaC-belægningskomponenter af høj kvalitet påført i halvledere. For skræddersyede løsninger eller yderligere teknisk information, er du velkommen til at kontakte vores ingeniørteam.

Telefon: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com