Пиролитички јаглероден слој - јаглероден оклоп израснат од гас

Пиролитичниот јаглерод, понекогаш наречен пиролитички графит, е метастабилен материјал меѓу графитот и аморфниот јаглерод, формиран од процесот на хемиско таложење на пареа на гасови што содржат јаглерод (главно јаглеводородни гасови) на високи температури на површината на подлогата. (Термодинамички, графитот е цврст јаглероден материјал со најниска слободна енергија на Гибс.)

01 Пиролитички јаглерод и хемиско таложење на пареа

Процесот на формирање на цврста обвивка со хемиска реакција на прекурсорните соединенија под специфични процесни услови и нивно таложење на површината на подлогата што треба да се премачка се нарекува хемиско таложење на пареа. Шематски дијаграм на главните чекори на процесот на хемиско таложење на пареа е прикажан подолу:

(1) Претходникот влегува во зоната на реакција;

(2) Претходникот се подложува на реакција на гас-фаза за да се формираат меѓупроизводи;

а. Кога температурата во зоната на реакција е висока или во регион далеку од подлогата за таложење, меѓупроизводите продолжуваат да подлежат на реакција на гас-фаза, формирајќи цврст прав и испарливи нуспроизводи во гасната фаза. а. Цврстиот прав расфрлан на површината на подлогата за таложење може да стане нуклеарно место за површинско таложење, а испарливите нуспроизводи се дифузираат подалеку од зоната на реакција;

б. Кога температурата во зоната на реакција е ниска или во областа блиску до подлогата за таложење, меѓупроизводите се дифузираат на површината на подлогата и се случуваат следните чекори:

(3) Средните производи се адсорбираат на површината на подлогата, подложени на хетерогена реакција за производство на активни производи и нуспроизводи од таложење;

(4) Активните производи за таложење се дифузираат на површината на подлогата за таложење, акумулирајќи се за да формираат континуиран слој;

(5) Нуспроизводите од гасната фаза ја напуштаат областа во близина на подлогата за таложење;

(6) Нереагираните гасови од суровина и нуспроизводите од реакцијата ја напуштаат зоната на реакција.

Формирањето на пиролитички јаглерод е неповратен процес на намалување на ентропијата во кој атомите на јаглеродот се менуваат од неред во ред и од гасовита состојба во цврста состојба на високи температури. Тој е управуван од крајната насока на хемиската термодинамика, но сепак ја задржува микроструктурата што не е рамнотежа низ кинетичките патишта. Длабокото разбирање на овој процес не само што ја поставува материјалната основа за јаглерод-јаглерод композити, облоги со висока температура и обложување на нуклеарно гориво, туку обезбедува и двојна парадигма на експериментални и теоретски рамки за постоење на јаглерод во екстремни услови.

02 Процес на подготовка и примена на пиролитички јаглерод

Пиролитичкиот јаглерод се подготвува со високотемпературна пиролиза на јаглеводороди во средина без кислород на 1200-1400 ℃. Се користи вертикален реактор со флуидизирано корито, а процесот ги вклучува следните чекори: од дното на реакционата цевка се внесува инертен гас (азот или хелиум) за да се флуидизираат огноотпорните честички; надворешен индукциски калем ја загрева содржината на реакционата цевка; и се додаваат јаглеводородни гасови за да се започне реакцијата на пиролиза.

Пиролитичкиот јаглерод главно се користи како заштитна обвивка за висока температура, за срцеви вентили, облоги на биоматеријали и заштитни облоги за сфери на гориво на нуклеарните реактори и широко се применува во заштитата на термалното поле, искористувањето на нуклеарната енергија и биомедицината.

03 Високотемпературна заштитна обвивка за пиролитички јаглерод

Силиконот, како најчестиот полупроводнички материјал, е широко користен во електрониката и фотоволтаиците, особено во кристалниот силикон за соларни ќелии, каде што неговата висока фотоелектрична ефикасност на конверзија го прави основна компонента. Методот Czochralski првенствено се користи за подготовка на еднокристален силициум. Овој метод, со неговата висока производна ефикасност, контролиран процес на раст и предности за контрола на допинг, е широко користен во производството на силициум со еден кристал и домашно и на меѓународно ниво. Меѓутоа, како што се зголемува големината на кристалот, постепено се зголемува и цената на термалното поле на графит. Особено во околината со силиконска пареа, графитните компоненти се подложни на корозија, што доведува до скратен век на траење на опремата. За да се решат овие прашања, истражувачите развија облоги отпорни на корозија за јаглеродни материјали, како што се пиролитички јаглерод (PyC), силициум карбид (SiC) и тантал карбид (TaC), за да го подобрат животниот век на јаглеродните материјали во корозивни средини со висока температура.

Као ја проучувал силицидната корозија на графитот G330 и композитите AC200C/C кои се користат во еднокристалните силиконски печки. Тие заклучија дека отворените пори кои се протегаат од внатрешноста на графитот до површината обезбедуваат канали за ерозија и дифузија на стопениот силициум, забрзувајќи го процесот на силицид на јаглеродните материјали.

Жао депонираше пиролитички јаглероден слој (PyC) на површината на графитот користејќи хемиско таложење на пареа. Добиената обвивка PyC целосно ја покрива графитната подлога и покажа густа структура без значителна порозност или продирачки микропукнатини. По обработката на обложениот графитен материјал во средина за офорт со силиконска пареа на 1600℃ за 2 часа, морфологијата на напречниот пресек на облогата и резултатите од тестот EDX се прикажани на сликата подолу. Слика а покажува дека дури и по силициумското гравирање, облогата останува цврсто залепена на површината на подлогата без очигледни пукнатини. Елементарната дистрибуција на јаглерод и силициум на површината не покажува речиси никаква дистрибуција на силициум под облогата PyC, што укажува на неговиот одличен заштитен ефект врз графитната подлога.

Слика - Морфологија на пресек на графит обложен со PyC по силиконско гравирање

Semicorex обезбедува висококвалитетни прилагодени компоненти за обложување TyC/SiC/TaC кои се применуваат во полупроводници. За приспособени решенија или дополнителни технички информации, ве молиме слободно контактирајте го нашиот инженерски тим.

Телефон: +86-13567891907

Е-пошта: sales@semicorex.com