กราไฟต์เคลือบด้วย TaC

I. การสำรวจพารามิเตอร์กระบวนการ

1. ระบบ TaCl5-C3H6-H2-Ar

2. อุณหภูมิการตกตะกอน:

จากการคำนวณตามสูตรทางเทอร์โมไดนามิกส์ พบว่าเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 1273K พลังงานอิสระของกิบส์ของปฏิกิริยาจะต่ำมาก และปฏิกิริยาจะค่อนข้างสมบูรณ์ ค่าคงที่ของปฏิกิริยา KP จะมีค่ามากที่ 1273K และเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามอุณหภูมิ และอัตราการเติบโตจะค่อยๆ ชะลอตัวลงที่ 1773K

อิทธิพลต่อลักษณะพื้นผิวของสารเคลือบ: เมื่ออุณหภูมิไม่เหมาะสม (สูงเกินไปหรือต่ำเกินไป) พื้นผิวจะแสดงลักษณะเป็นคาร์บอนอิสระหรือมีรูพรุนหลวมๆ

(1) ที่อุณหภูมิสูง ความเร็วในการเคลื่อนที่ของอะตอมหรือกลุ่มของสารตั้งต้นที่ออกฤทธิ์เร็วเกินไป ซึ่งจะนำไปสู่การกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอในระหว่างการสะสมของวัสดุ และบริเวณที่อุดมสมบูรณ์และขาดแคลนไม่สามารถเปลี่ยนผ่านได้อย่างราบรื่น ส่งผลให้เกิดรูพรุน

(2) มีความแตกต่างระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยาไพโรไลซิสของแอลเคนและอัตราการเกิดปฏิกิริยารีดักชันของแทนทาลัมเพนตาคลอไรด์ คาร์บอนไพโรไลซิสมีมากเกินไปและไม่สามารถรวมเข้ากับแทนทาลัมได้ทันเวลา ส่งผลให้พื้นผิวถูกห่อหุ้มด้วยคาร์บอน

เมื่ออุณหภูมิเหมาะสม พื้นผิวของการเคลือบ TaCมีความหนาแน่นสูง

ทาซีอนุภาคหลอมเหลวและรวมตัวกัน รูปทรงผลึกสมบูรณ์ และขอบเขตของผลึกเปลี่ยนไปอย่างราบรื่น

3. อัตราส่วนไฮโดรเจน:

นอกจากนี้ ยังมีปัจจัยหลายอย่างที่ส่งผลต่อคุณภาพของสารเคลือบ:

-คุณภาพพื้นผิวของวัสดุรองรับ

-แหล่งก๊าซสะสม

-ระดับความสม่ำเสมอของการผสมก๊าซตัวทำปฏิกิริยา

II. ข้อบกพร่องทั่วไปของการเคลือบด้วยแทนทาลัมคาร์ไบด์

1. การแตกร้าวและการลอกของสารเคลือบ

สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้น (Linear Thermal Expansion Coefficient: linear CTE):

2. การวิเคราะห์ข้อบกพร่อง:

(1) สาเหตุ:

(2) วิธีการกำหนดลักษณะเฉพาะ

① ใช้เทคโนโลยีการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์เพื่อวัดความเครียดตกค้าง

② ใช้กฎของหูเค่อในการประมาณค่าความเค้นตกค้าง

(3) สูตรที่เกี่ยวข้อง

3. เพิ่มความเข้ากันได้เชิงกลระหว่างสารเคลือบและวัสดุรองรับ

(1) การเคลือบพื้นผิวที่เติบโตในสถานที่

เทคโนโลยีการสะสมและการแพร่กระจายปฏิกิริยาความร้อน (TRD)

กระบวนการหลอมเกลือ

ลดความซับซ้อนของกระบวนการผลิต

ลดอุณหภูมิปฏิกิริยาลง

ต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำกว่า

เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

เหมาะสำหรับการผลิตในระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่

(2) การเคลือบเปลี่ยนผ่านแบบคอมโพสิต

กระบวนการร่วมการตกตะกอน

โรคหลอดเลือดหัวใจกระบวนการ

การเคลือบหลายองค์ประกอบ

การนำข้อดีของแต่ละองค์ประกอบมาผสานรวมกัน

สามารถปรับองค์ประกอบและสัดส่วนของสารเคลือบได้อย่างยืดหยุ่น

4. เทคโนโลยีการสะสมและการแพร่กระจายปฏิกิริยาความร้อน (TRD)

(1) กลไกปฏิกิริยา

เทคโนโลยี TRD หรือที่เรียกว่ากระบวนการฝังตัว ใช้ระบบกรดบอริก-แทนทาลัมเพนทอกไซด์-โซเดียมฟลูออไรด์-บอรอนออกไซด์-บอรอนคาร์ไบด์ในการเตรียมการเคลือบด้วยแทนทาลัมคาร์ไบด์.

① กรดบอริกหลอมเหลวสามารถละลายแทนทาลัมเพนทอกไซด์ได้

② แทนทาลัมเพนทอกไซด์จะถูกรีดิวซ์เป็นอะตอมแทนทาลัมที่ออกฤทธิ์และแพร่กระจายบนพื้นผิวกราไฟต์

③ อะตอมแทนทาลัมที่ว่องไวจะถูกดูดซับบนพื้นผิวกราไฟต์และทำปฏิกิริยากับอะตอมคาร์บอนเพื่อสร้างสารประกอบการเคลือบด้วยแทนทาลัมคาร์ไบด์.

(2) กุญแจปฏิกิริยา

สารเคลือบคาร์ไบด์ชนิดนั้นต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่ว่า พลังงานอิสระในการเกิดออกซิเดชันของธาตุที่ก่อตัวเป็นคาร์ไบด์นั้นต้องสูงกว่าพลังงานอิสระในการเกิดออกซิเดชันของโบรอนออกไซด์

พลังงานอิสระของกิบส์ของคาร์ไบด์นั้นต่ำพอ (มิเช่นนั้น อาจเกิดโบรอนหรือโบริดขึ้นได้)

แทนทาลัมเพนทอกไซด์เป็นออกไซด์ที่เป็นกลาง ในบอแรกซ์หลอมเหลวที่อุณหภูมิสูง มันสามารถทำปฏิกิริยากับโซเดียมออกไซด์ซึ่งเป็นออกไซด์ด่างเข้มข้น เพื่อสร้างโซเดียมแทนทาเลต ซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิเริ่มต้นของปฏิกิริยาลง