Фрагмент для ознакомления
2
I.ВВЕДЕНИЕ
В последние годы были проведены исследования по улучшению устойчивости к разрушению некоторых металлов в тяжелых условиях. Как показала практика, тонкопленочное покрытие на металле является лучшим решением этой проблемы. Карбид кремния является наиболее важным неоксидным керамическим материалом для подобного использования. Карбид кремния может быть синтезирован в виде порошков, формованных форм и тонких пленок. Он имеет широкое промышленное применение благодаря своим превосходным механическим свойствам, высокой теплопроводности и электрической проводимости и отличной стойкости к химическому окислению. Кроме того, карбид кремния имеет потенциал для применения в качестве функциональной керамики или в качестве высокотемпературного полупроводника. Основным путем синтеза SiC является процесс Ачесона, который является методом карботермического восстановления.
SiO2 + 3C → SiC + 2CO (газ) (1)
Этот традиционный способ синтеза порошков чистого SiC включает в себя много стадий и является энергоемким процессом. Кроме того, размер частиц SiC относительно грубый. Хорошо известно, что материалы с тонкой микроструктурой проявляют заметно улучшенные свойства без изменения их внешнего вида. Эти характеристики включают улучшенную прочность, жесткость, износостойкость, усталостную прочность и более низкую пластичность и ударную вязкость. Существует несколько методов наноструктурирования на основе плазмы, таких как дуговой разряд, постоянный ток, радиочастотное и магнетронное распыление, импульсное лазерное осаждение и устройства с модифицированной плотной плазменной фокусировкой (DPF), которые успешно используются для изготовления широкого спектра наноматериалов.
I. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
В литературе сообщалось о большом разнообразии альтернативных методов, таких как золь-гель [5], плазма [6], лазер [7] и микроволновая печь, для синтеза тонких порошков SiC. Наноразмерные волокна SiC имеют важное потенциальное применение в наноэлектронике, полевых эмиссионных устройствах и нанокомпозитах [8]. Поэтому многие исследовательские группы предпринимали попытки изготовить такие нановолокна из SiC, используя такие методы, как реакции, связанные с углеродными нанотрубками (в качестве матрицы), химическое осаждение паров с помощью катализатора (ХОПФ) с помощью парожидкостной жидкости. твердотельный (VLS) механизм и процессы без матрицы / катализатора.
Карбид кремния обладает рядом свойств, которые делают его привлекательным для применения в электронике и оптоэлектронике, а также для разработки композитов с металлической матрицей (MMC), композитов с керамической матрицей (CMC) и углеродно-керамических композитов для высокотемпературных применений. , Недавняя разработка наноматериалов показала, что нановолокна, нанотрубки и нанопроволоки имеют много потенциальных применений в качестве твердотельных смазок, нанобаллонных барьеров, катализаторов, в качестве компонентов магнитных устройств и в качестве армирующего материала при разработке композитов. , Нановолокна из карбида кремния предпочтительнее углеродных нановолокон при разработке ММС, поскольку в отличие от углерода они не реагируют с металлами с образованием карбидов металлов. Наноматериалы из карбида кремния обычно синтезируются химическим осаждением из паровой фазы, дуговым разрядом, реакцией газ-твердое вещество, а также методом смешивания полимеров. Синтез SiC наноматериалов также сообщается путем термолиза и реакции между углеродными нанотрубками и парами оксида кремния.
Мне удалось найти статью, опубликованную в 2020 году о применении устройства с плотной плазменной фокусировкой (DPF) для наноразмерного синтеза SiC и нанесения покрытия на алюминиевую подложку. Влияние различных снимков осаждения на микроструктуру, толщину и гомогенность тонких пленок SiC на металлическом алюминии было исследовано с помощью SEM, а также XRD.
Далее мы подробно рассмотрим этот метод.
Схемы эксперимента показаны на рисунке 1. Устройство плазменной фокусировки типа Мазера запитывается от одного конденсатора Максвелла емкостью 30 мкФ, индуктивностью 27 нГн и максимальным потенциалом около 15 кВ (3,3 кДж). Конденсаторная батарея обычно заряжается до приложенного напряжения с помощью переменного высоковольтного зарядного устройства постоянного тока. В качестве высоковольтного выключателя использовался простой искровой разрядник с параллельными пластинами в конфигурации с качающимся каскадом. Зазор срабатывал через изолирующий конденсатор с использованием HV SCR (высоковольтный кремниевый выпрямитель) через трансформатор TV.
Рисунок 1.
Система электродов состоит из полой медной трубки длиной 16 см диаметром 1,9 см в качестве анода (центрального электрода), окруженной шестью медными стержнями толщиной 1 см длиной 16 см, образующими катод. Медные стержни привинчены к медной пластине с лезвием ножа рядом с анодом. Изолирующая втулка из стекла Pyrex (длиной 3,2 см) расположена между анодом и катодом. Система электродов заключена в вакуумную камеру из нержавеющей стали (диаметром 16 см и длиной 35 см).
Вакуум создается одноступенчатым роторным насосом типа DG Mart G2, который достигает предельного базового давления ~ 0,005 торр и соединяется последовательно с масляным диффузионным насосом типа DO-121 со скоростью 102 литра в секунду, что может при
Фрагмент для ознакомления
3
V.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[1]Rao, N.P., Tymiak, N., Blum, J., Neuman, A., Lee, H.J., Girshick, S.L., McMurry, P.H. and Heberlein, H.: Hypersonic plasma particle deposition of nanostructured silicon and silicon carbide. J. Aerosol Sci. 29 (1998) 707-720
[2]Di Fonzo, F., Gidwani, A., Fan, M.H., Neumann, D., Iordanoglou, D.I., Heberlein, J.V. R., McMurry, P.H., Girshick, S.L., Tymiak, N., Gerberich, W.W., Rao, N.P.: Focused nanoparticle-beam deposition of patterned microstructures. Appl. Phys. Lett. 77 (2000) 910-912
[3]Girshick, S.L., Gerberich, W.W., Heberlein, J.V.R., McMurry. P.H.: Synthesis of nanostructured films for friction and wear resistance. Proc. Grant 9871863 NSF Partnership in Nanotechnology Conference University of Minnesota, Minneapolis, Jan. 29−30, (2001)
[4]Onkar Mangla, Savita Roy, Ostrikov, K.K: Dense plasma focus-based nanofabrication of III-V semiconductors: Unique features and recent advances nanomaterials. 6 (2016) [1] 4, doi.org/10.3390/nano6010004
[5]Yuxia Wang, Haiping He, Ying Cao, Honggao Tang: Growth of crystalline SiC film free of cavities by heating PS/silica sol-gel coatings on Si (111) substrate. Mater. Lett. 57 (2003) 1179-1183[6]Joseph Lik Hang Chau, Ming-Kai Hsu, Chih-Chun Kao: Microwave plasma synthesis of Co and SiC-coated Co nanopowders. Mater. Lett.s 60 (2006) 947-951
[7]Ya-li Li, Yong Liang, Fen Zheng, Zhuang-qi Hu: Carbon dioxide laser synthesis of ultrafine silicon carbide powders from diethoxydimethylsilane. J. Am. Ceram. Soc. 77 (1994) [6] 1662-1664
[8]Satapathy, L.N., Ramesh, P.D., Dinesh Agrawal, Rustum Roy: Microwave synthesis of phase-pure, fine silicon carbide powder. Mater. Res. Bull. 40 (2005) 1871-1882
[9]Mpourmpakis G., Froudakis, G.E.: SiC nanotubes: A novel material for hydrogen storage. Nano Lett. 6 (2006) [ 8] 1581-1583, doi: 10.1021/nl0603911
[10]Vix-Guterl, C., Alix, I., Ehrburger, P.: Synthesis of tubular silicon carbide (SiC) from a carbon-silica material by using a reactive replica technique: mechanism of formation of SiC. Acta Mater. 52 (2004) 1639-1651
[11]Das, D., Jayaseelan, V., Ramamurti, R., Kukreja, R.S., Guo, L., Singh, R.N.: Low surface temperature synthesis and characterization of diamond thin films. Diamond & Rel. Mater. 15 (2006) 1336-1349
[12]Ya-Juan Hao, Guo-Qiang Jin, Xiao-Dong Han, Xiang-Yun Guo: Synthesis and characterization of bamboo-like SiC nanofibers. Mater. Lett. 60 (2006) 1334-1337
[13]Raman, V., Bhatia, G., Mishra, A.K., Bhardwaj, S., Sood, K.N.: Synthesis of silicon carbide nanofibers from pitch blended with sol-gel derived silica. Mater. Lett. 60 (2006) 3906-3911
[14]Fissel, A.: Artificially layered heteropolytypic structures based on SiC polytypes: molecular beam epitaxy, characterization and properties. Phys. Reports 379 (2003) 149-255
[15]Soukiassian, P., Derycke, V., Semond, F., Aristov, V.Y.: Atomic scale engineering of nanostructures at silicon carbide surfaces. Microelectr. J. 36 (2005) 969-976
[16]Krawiec, P., Kaskel, S.: Thermal stability of high surface area silicon carbide materials. J. Solid State Chem. 179 (2006) 2281-2289
[17]Zhihua Hu, Xianbo Liao, Hongwei Diao, Guanglin Kong, Xiangbo Zeng, Yanyue Xu: Amorphous silicon carbide films prepared by H2 diluted silane-methane plasma. J. Cryst. Growth 264 (2004) 7-12
[18]Suzuki, H., Araki, H., Yang, W., Noda, T.: Formation of isotope controlled SiC thin film by plasma chemical vapor deposition and its characterization. Appl. Surf. Sci. 241 (2005) 266-269
[19]Keller, N., Cuong Pham-Huu, Ehret, G., Keller, V., Ledoux, M.J.: Synthesis and characterisation of medium surface area silicon carbide nanotubes. Carbon 41 (2003) 2131
[20]Tong, L., Reddy, R.G.: Synthesis of titanium carbide nano-powders by thermal plasma. Scripta Mater. 52 (2005) 1253-1258
[21]Kaoru Okada, Hitoshi Kato, Keihachiro Nakajima: Preparation of silicon carbide fiber from activated carbon fiber and gaseous silicon monoxide. J. Am. Ceram. Soc. 77 (1994) [6] 1691-1693
[22]Tong, L., Reddy, R.G.: Mathematical modeling for processing of fine powders by thermal plasma, in: H. Mahfuz, M.V. Hosur (Eds.), Developments in Theoretical and Applied Mechanics, Vol. XXII, (2004) 656, USA, ISBN: 9781483151342
[23]Singh, S.K., Mohanty, B.C., Basu, S.: Synthesis of SiC from rice husk in a plasma reactor. Bull. Mater. Sci. 25 (2002) [6] 561-563
[24]Tong, L., Reddy, R.G.: Thermal plasma synthesis of SiC nanopowders/nano-fibers. Mater. Res. Bull. 41 (2006) 2303-2310
[25]Wang, Z.L., Dai,Z.R., Gao, R.P., Bai, Z.G., Gole, L.J.: Side-by-side silicon carbide-silica biaxial nanowires: Synthesis, structure, and mechanical properties. Appl. Phys. Lett. 77 (2000) 3349, https:doi.org/10.1063/1.1327281
[26]Prabhakar Rai, Yun-Su Kim, Sang-Ki Kang, Yeon-Tae Yu: Synthesis of nanosized silicon carbide through non-transferred arc thermal plasma. Plasma Chem. Plasma Process 32 (2012) 211-218, DOI 10.1007/s11090-012-9353-4
[27]Leal, G., Campos, T.M.B., Sobrinho, S. et al.: Characterization of SiC thin films deposited by HiPIMS. Mater. Res. 17 (2014) [2] 472-476
[28]S.H. Kenawy Synthesis of SiC Nanoparticles on Aluminum Metal Using a Dense Plasma Focus Interceram - International Ceramic Review volume 68, pages38–42(2019)
