Grafiet met TaC-coating

I. Verkenning van procesparameters

1. TaCl5-C3H6-H2-Ar-systeem

2. Depositietemperatuur:

Volgens de thermodynamische formule wordt berekend dat wanneer de temperatuur hoger is dan 1273 K, de Gibbs-vrije energie van de reactie erg laag is en de reactie relatief voltooid is. De reactieconstante KP is erg groot bij 1273K en neemt snel toe met de temperatuur, en de groeisnelheid neemt geleidelijk af bij 1773K.

Invloed op de oppervlaktemorfologie van de coating: Wanneer de temperatuur niet geschikt is (te hoog of te laag), vertoont het oppervlak een vrije koolstofmorfologie of losse poriën.

(1) Bij hoge temperaturen is de bewegingssnelheid van de actieve reactantatomen of -groepen te snel, wat zal leiden tot een ongelijke verdeling tijdens de accumulatie van materialen, en de rijke en arme gebieden kunnen niet soepel overgaan, wat resulteert in poriën.

(2) Er is een verschil tussen de pyrolysereactiesnelheid van alkanen en de reductiereactiesnelheid van tantaalpentachloride. De pyrolyse-koolstof is overmatig en kan niet op tijd met tantaal worden gecombineerd, waardoor het oppervlak met koolstof wordt omhuld.

Wanneer de temperatuur geschikt is, wordt het oppervlak van deTaC-coatingis dicht.

TaCdeeltjes smelten en aggregeren met elkaar, de kristalvorm is voltooid en de korrelgrens gaat soepel over.

3. Waterstofverhouding:

Daarnaast zijn er veel factoren die de kwaliteit van de coating beïnvloeden:

- Oppervlaktekwaliteit van het substraat

-Depositiegasveld

-De mate van uniformiteit van het mengen van reactantgas

II. Typische gebreken vantantaalcarbide coating

1. Coating barst en laat los

Lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt lineair CTE:

2. Foutanalyse:

(1) Oorzaak:

(2) Karakteriseringsmethode

① Gebruik röntgendiffractietechnologie om de resterende spanning te meten.

② Gebruik de wet van Hu Ke om de restspanning te benaderen.

(3) Gerelateerde formules

3. Verbeter de mechanische compatibiliteit van de coating en het substraat

(1) Oppervlakte-in-situ groeicoating

Thermische reactieafzetting en diffusietechnologie TRD

Gesmolten zoutproces

Vereenvoudig het productieproces

Verlaag de reactietemperatuur

Relatief lagere kosten

Milieuvriendelijker

Geschikt voor grootschalige industriële productie

(2) Composiet overgangscoating

Co-afzettingsproces

CVDproces

Meercomponentencoating

Combineert de voordelen van elk onderdeel

Pas de coatingsamenstelling en -verhouding flexibel aan

4. Thermische reactieafzetting en diffusietechnologie TRD

(1) Reactiemechanisme

TRD-technologie wordt ook wel inbeddingsproces genoemd, waarbij gebruik wordt gemaakt van boorzuur-tantaalpentoxide-natriumfluoride-booroxide-boorcarbide-systeem om te bereidentantaalcarbide coating.

① Gesmolten boorzuur lost tantaalpentoxide op;

② Tantaalpentoxide wordt gereduceerd tot actieve tantaalatomen en diffundeert op het grafietoppervlak;

③ Actieve tantaalatomen worden geadsorbeerd op het grafietoppervlak en reageren met koolstofatomen om zich te vormentantaalcarbide coating.

(2) Reactiesleutel

Het type carbidecoating moet voldoen aan de eis dat de vrije energie voor oxidatievorming van het element dat het carbide vormt hoger is dan die van booroxide.

De Gibbs-vrije energie van het carbide is laag genoeg (anders kan boor of boride worden gevormd).

Tantaalpentoxide is een neutraal oxide. In gesmolten borax op hoge temperatuur kan het reageren met het sterke alkalische oxide natriumoxide om natriumtantalaat te vormen, waardoor de initiële reactietemperatuur wordt verlaagd.