Kemajuan Panliten Lapisan TaC ing Permukaan Material Berbasis Karbon

Latar Belakang Panliten

Bahan adhedhasar karbon kayata grafit, serat karbon, lan komposit karbon/karbon (C/C) dikenal kanthi kekuatan spesifik sing dhuwur, modulus spesifik sing dhuwur, lan sifat termal sing apik banget, saengga cocog kanggo macem-macem aplikasi suhu dhuwur. . Bahan kasebut akeh digunakake ing aerospace, teknik kimia, lan panyimpenan energi. Nanging, kerentanan kanggo oksidasi lan karat ing lingkungan suhu dhuwur, bebarengan karo resistensi goresan sing kurang, mbatesi aplikasi luwih lanjut.

Kanthi kemajuan teknologi, bahan-bahan adhedhasar karbon sing ana tambah ora bisa nyukupi tuntutan lingkungan sing ekstrem, utamane babagan oksidasi lan tahan korosi. Mula, ningkatake kinerja bahan kasebut wis dadi arah riset utama.

Tantalum carbide (TaC) minangka bahan kanthi titik lebur sing dhuwur banget (3880 ° C), stabilitas mekanik suhu dhuwur sing apik, lan tahan korosi. Uga nuduhake kompatibilitas kimia sing apik karo bahan adhedhasar karbon.lapisan TaCbisa ningkatake resistensi oksidasi lan sifat mekanik bahan adhedhasar karbon kanthi signifikan, nggedhekake aplikasi ing lingkungan sing ekstrem.

Kemajuan Panliten Lapisan TaC ing Permukaan Material Berbasis Karbon

1. Substrat Grafit

Keuntungan saka Graphite:

Grafit digunakake akeh ing metalurgi suhu dhuwur, baterei energi, lan manufaktur semikonduktor amarga toleransi suhu dhuwur (titik leleh watara 3850 ° C), konduktivitas termal sing dhuwur, lan tahan kejut termal sing apik. Nanging, grafit rentan kanggo oksidasi lan karat dening logam cair ing suhu dhuwur.

Peran sakaTaC Coatings:

Lapisan TaC bisa ningkatake resistensi oksidasi, tahan korosi, lan sifat mekanik grafit, saéngga nambah potensial kanggo aplikasi ing lingkungan sing ekstrem.

Metode lan efek lapisan:

(1) Penyemprotan Plasma:

Riset: Trignan et al. digunakake uyuh plasma kanggo simpenan 150 µm kandellapisan TaCing lumahing grafit, Ngartekno nambah toleransi suhu dhuwur. Sanajan lapisan kasebut ngemot TaC0.85 lan Ta2C sawise nyemprot, tetep utuh tanpa retak sawise perawatan suhu dhuwur ing 2000 ° C.

(2) Deposisi Uap Kimia (CVD):

Riset: Lv et al. nggunakake sistem TaCl5-Ar-C3H6 kanggo nyiapake lapisan multiphase C-TaC ing lumahing grafit nggunakake cara CVD. Panaliten kasebut nuduhake manawa konten karbon ing lapisan kasebut mundhak, koefisien gesekan mudhun, nuduhake resistensi nyandhang sing apik.

(3) Metode Sintering Slurry:

Riset: Shen et al. nyiyapake slurry nggunakake TaCl5 lan acetylacetone, kang padha Applied kanggo lumahing grafit lan banjur tundhuk sintering suhu dhuwur. Hasilelapisan TaCukuran partikel kira-kira 1 µm lan nuduhake stabilitas kimia sing apik lan stabilitas suhu dhuwur sawise perawatan ing 2000 ° C.

Gambar 1

Gambar 1a nampilake crucible TaC sing disiapake liwat metode CVD, dene Gambar 1b lan 1c nggambarake kondisi crucible miturut pertumbuhan epitaxial MOCVD-GaN lan kondisi pertumbuhan sublimasi AlN. Gambar-gambar kasebut nuduhake yenlapisan TaCora mung nuduhake resistance ablation banget ing suhu nemen nanging uga njaga stabilitas struktural dhuwur ing kahanan suhu dhuwur.

2. Substrat Serat Karbon

Karakteristik Serat Karbon:

Serat karbon ditondoi kanthi kekuatan spesifik sing dhuwur lan modulus spesifik sing dhuwur, bebarengan karo konduktivitas listrik sing apik, konduktivitas termal, tahan karat asam lan alkali, lan stabilitas suhu dhuwur. Nanging, serat karbon cenderung ilang sifat unggul kasebut ing lingkungan oksidatif suhu dhuwur.

Peran sakaTaC Coating:

Simpenan alapisan TaCing lumahing serat karbon Ngartekno nambah resistance oksidasi lan resistance radiation, mangkono nambah applicability ing lingkungan suhu dhuwur nemen.

Metode lan efek lapisan:

(1) Infiltrasi Uap Kimia (CVI):

Riset: Chen et al. setor alapisan TaCserat karbon kanthi metode CVI. Panliten kasebut nemokake yen ing suhu deposisi 950-1000 ° C, lapisan TaC nuduhake struktur sing padhet lan tahan oksidasi sing apik banget ing suhu sing dhuwur.

(2) Metode Reaksi In Situ:

Riset: Liu et al. nyiapake kain TaC / PyC ing serat katun nggunakake metode reaksi in situ. Kain kasebut nuduhake efektifitas pelindung elektromagnetik sing dhuwur banget (75.0 dB), luwih unggul tinimbang kain PyC tradisional (24.4 dB).

(3) Metode Garam Leleh:

Panaliten: Dong et al. disiapake alapisan TaCing permukaan serat karbon nggunakake metode uyah molten. Asil nuduhake yen lapisan iki sacara signifikan ningkatake resistensi oksidasi serat karbon.

Gambar 2

Gambar 2: Gambar 2 nuduhake gambar SEM saka serat karbon asli lan serat karbon sing dilapisi TaC sing disiapake ing kondisi sing beda-beda, bebarengan karo kurva analisis termogravimetri (TGA) ing macem-macem kondisi lapisan.

Gambar 2a: Nuduhake morfologi serat karbon asli.

Gambar 2b: Nuduhake morfologi permukaan serat karbon sing dilapisi TaC sing disiapake ing 1000 ° C, kanthi lapisan sing kandhel lan disebarake kanthi seragam.

Gambar 2c: kurva TGA nuduhake yenlapisan TaCNgartekno nambah resistance oksidasi saka serat karbon, karo lapisan disiapake ing 1100 ° C nuduhake resistance oksidasi unggul.

3. Matriks Komposit C/C

Karakteristik Komposit C/C:

Komposit C/C minangka komposit matriks karbon sing diperkuat serat karbon, dikenal kanthi modulus spesifik sing dhuwur lan kekuatan spesifik sing dhuwur, stabilitas kejut termal sing apik, lan tahan korosi suhu dhuwur sing apik. Utamane digunakake ing aeroangkasa, otomotif, lan lapangan produksi industri. Nanging, komposit C/C rentan kanggo oksidasi ing lingkungan suhu dhuwur lan nduweni plastisitas sing kurang, sing mbatesi aplikasi ing suhu sing luwih dhuwur.

Peran sakaTaC Coating:

Nyiapake alapisan TaCing lumahing komposit C / C bisa Ngartekno nambah resistance ablation sing, stabilitas kejut termal, lan mechanical, mangkono ngembangaken aplikasi potensial ing kahanan nemen.

Metode lan efek lapisan:

(1) Metode Penyemprotan Plasma:

Riset: Feng et al. nyiyapake lapisan komposit HfC-TaC ing komposit C / C nggunakake metode nyemprotake plasma atmosfer supersonik (SAPS). Lapisan kasebut nampilake resistensi ablasi sing apik banget ing kapadhetan fluks panas nyala 2,38 MW/m², kanthi tingkat ablasi massa mung 0,35 mg/s lan tingkat ablasi linier 1,05 µm/s, nuduhake stabilitas sing luar biasa ing suhu dhuwur.

(2) Metode Sol-Gel:

Riset: Dheweke et al. disiapakelapisan TaCing komposit C / C nggunakake metode sol-gel lan disinter ing suhu sing beda. Panliten kasebut nuduhake yen sawise sintering ing 1600 ° C, lapisan kasebut nuduhake resistensi ablasi sing paling apik, kanthi struktur lapisan sing terus-terusan lan padhet.

(3) Deposisi Uap Kimia (CVD):

Riset: Ren et al. setor lapisan Hf (Ta) C ing C / C komposit nggunakake sistem HfCl4-TaCl5-CH4-H2-Ar liwat cara CVD. Eksperimen kasebut nuduhake yen lapisan kasebut nduweni adhesi sing kuat ing substrat, lan sawise 120 detik ablasi nyala, tingkat ablasi massa mung 0,97 mg / s kanthi tingkat ablasi linier 1,32 μm / s, nuduhake resistensi ablasi sing apik banget.

Gambar 3

Gambar 3 nuduhake morfologi fraktur komposit C / C kanthi lapisan PyC / SiC / TaC / PyC multilayer.

Gambar 3a: Nampilake morfologi fraktur sakabèhé saka lapisan, ing ngendi struktur interlayer saka lapisan bisa diamati.

Gambar 3b: Iku gambar nggedhekake lapisan, nuduhake kahanan antarmuka antarane lapisan.

Gambar 3c: Mbandhingake kekuatan geser antarmuka lan kekuatan lentur saka rong bahan sing beda, nuduhake yen struktur lapisan multilayer nambah sifat mekanik komposit C / C kanthi signifikan.

4. Lapisan TaC ing Bahan Berbasis Karbon Disiapake dening CVD

Cara CVD bisa ngasilake kemurnian dhuwur, padhet, lan seragamlapisan TaCing suhu sing relatif kurang, ngindhari cacat lan retak sing umum katon ing metode persiapan suhu dhuwur liyane.

Pengaruh Parameter CVD:

(1) Laju Aliran Gas:

Kanthi nyetel tingkat aliran gas sajrone proses CVD, morfologi permukaan lan komposisi kimia lapisan bisa dikontrol kanthi efektif. Contone, Zhang et al. sinau efek saka Ar laju aliran gas inglapisan TaCwutah lan ketemu sing nambah tingkat aliran Ar slows wutah gandum, asil ing pari-parian cilik lan liyane seragam.

(2) Suhu Deposisi:

Suhu deposisi sacara signifikan mengaruhi morfologi permukaan lan komposisi kimia lapisan kasebut. Umumé, suhu deposisi sing luwih dhuwur bisa nyepetake tingkat deposisi nanging bisa uga nambah stres internal, sing nyebabake pembentukan retakan. Chen et al. ketemu singlapisan TaCdisiapake ing 800 ° C ngemot jumlah karbon gratis sing cilik, dene ing 1000 ° C, lapisan kasebut utamane saka kristal TaC.

(3) Tekanan Deposisi:

Tekanan deposisi utamane mengaruhi ukuran butir lan tingkat deposisi lapisan kasebut. Panliten nuduhake yen nalika tekanan deposisi mundhak, tingkat deposisi saya tambah akeh, lan ukuran gandum mundhak, sanajan struktur kristal lapisan kasebut tetep ora owah.

Gambar 4

Gambar 5

Gambar 4 lan 5 nggambarake efek saka laju aliran H2 lan suhu deposisi ing komposisi lan ukuran butir saka lapisan.

Figure 4: Nuduhake efek saka tingkat aliran H2 beda ing komposisi sakalapisan TaCing 850 ° C lan 950 ° C. Nalika tingkat aliran H2 yaiku 100 mL / min, lapisan kasebut utamane kalebu TaC kanthi jumlah Ta2C sing cilik. Ing suhu sing luwih dhuwur, tambahan H2 ngasilake partikel sing luwih cilik lan seragam.

Gambar 5: Nuduhake owah-owahan ing morfologi permukaan lan ukuran butirlapisan TaCing suhu deposisi sing beda. Nalika suhu mundhak, ukuran butir mboko sithik mundhak, transisi saka butir spherical menyang polyhedral.

Tren Pangembangan

Tantangan Saiki:

sanadyanlapisan TaCNgartekno nambah kinerja bahan basis karbon, prabédan gedhe ing koefisien expansion termal antarane TaC lan landasan karbon bisa mimpin kanggo retak lan spalling ing suhu dhuwur. Kajaba iku, sijilapisan TaCbisa uga ora bisa nyukupi syarat aplikasi ing kahanan ekstrim tartamtu.

Solusi:

(1) Sistem Pelapisan Komposit:

Kanggo nutup retak ing lapisan siji, sistem lapisan komposit multilayer bisa digunakake. Contone, Feng et al. nyawisake lapisan HfC-TaC / HfC-SiC gantian ing komposit C / C nggunakake metode SAPS, sing nuduhake resistensi ablasi sing unggul ing suhu dhuwur.

(2) Sistem Pelapisan Penguatan Solusi Padat:

HfC, ZrC, lan TaC duwe struktur kristal kubik sing fokus ing pasuryan sing padha lan bisa mbentuk solusi sing padhet kanggo nambah resistensi ablasi. Contone, Wang et al. nyiyapake lapisan Hf (Ta) C nggunakake metode CVD, sing nuduhake resistensi ablasi sing apik ing kahanan suhu dhuwur.

(3) Sistem Lapisan Gradien:

Lapisan gradien nambah kinerja sakabèhé kanthi nyedhiyakake distribusi gradien sing terus-terusan saka komposisi lapisan, sing nyuda stres internal lan ora cocog ing koefisien ekspansi termal. Li et al. nyiyapake lapisan gradien TaC / SiC sing nuduhake resistensi kejut termal sing apik sajrone tes ablasi nyala ing 2300 ° C, tanpa retak utawa spalling.

Gambar 6

Gambar 6 nggambarake resistensi ablasi lapisan komposit kanthi struktur sing beda. Figure 6b nuduhake yen struktur lapisan gantian nyuda retak ing suhu dhuwur, nuduhake resistance ablasi optimal. Ing kontras, Figure 6c nuduhake yen lapisan multilayer rentan kanggo spalling ing suhu dhuwur amarga ana sawetara antarmuka.

Kesimpulan lan Outlook

Makalah iki kanthi sistematis ngringkes kemajuan riset sakalapisan TaCing grafit, serat karbon, lan komposit C/C, mbahas pengaruh paramèter CVD inglapisan TaCkinerja, lan nganalisa masalah saiki.

Kanggo nyukupi syarat aplikasi bahan adhedhasar karbon ing kahanan sing ekstrem, perbaikan luwih lanjut ing resistensi ablasi, resistensi oksidasi, lan stabilitas mekanik suhu dhuwur saka lapisan TaC dibutuhake. Kajaba iku, riset ing mangsa ngarep kudu nliti masalah utama ing nyiapake lapisan CVD TaC, ningkatake kemajuan ing aplikasi komersial.lapisan TaC.**

---

Kami ing Semicorex spesialisasi ing SiC/Produk grafit sing dilapisi TaClan teknologi CVD SiC sing ditrapake ing manufaktur semikonduktor, yen sampeyan duwe pitakon utawa butuh rincian tambahan, aja ragu-ragu hubungi kita.

Kontak telpon: +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com