Metoda priprave običajnih grafitnih delov, prevlečenih s TaC

DEL/1
Metoda CVD (Chemical Vapor Deposition):
Pri 900-2300 ℃ z uporabo TaCl₅in CnHm kot viri tantala in ogljika, H₂ kot redukcijska atmosfera, Ar₂kot nosilni plin, film za reakcijsko nanašanje. Pripravljen premaz je kompakten, enakomeren in visoke čistosti. Vendar pa obstajajo nekatere težave, kot so zapleten proces, dragi stroški, težaven nadzor pretoka zraka in nizka učinkovitost nanašanja.
DEL/2
Metoda sintranja gnojevke:
Gnojnica, ki vsebuje vir ogljika, vir tantala, dispergator in vezivo, je prevlečena na grafit in po sušenju sintrana pri visoki temperaturi. Pripravljen premaz raste brez pravilne orientacije, ima nizke stroške in je primeren za velikoserijsko proizvodnjo. Treba je še raziskati, kako doseči enakomerno in polno prevleko na velikem grafitu, odpraviti pomanjkljivosti podpore in povečati silo lepljenja prevleke.
DEL/3
Metoda plazemskega brizganja:
TaC prah se stopi s plazemskim oblokom pri visoki temperaturi, razprši v visokotemperaturne kapljice s curkom visoke hitrosti in razprši na površino grafitnega materiala. Pod nevakuumom je enostavno oblikovati oksidno plast, poraba energije pa je velika.

 

Slika . Pladenj za rezine po uporabi v napravi MOCVD z epitaksialno gojenjem GaN (Veeco P75). Tisti na levi je prevlečen s TaC, tisti na desni pa s SiC.

TaC prevlečengrafitne dele je treba rešiti

DEL/1
Moč vezave:
Koeficient toplotnega raztezanja in druge fizikalne lastnosti med TaC in ogljikovimi materiali so različni, moč lepljenja prevleke je nizka, težko se je izogniti razpokam, poram in toplotnemu stresu, prevleko pa je enostavno odlepiti v dejanski atmosferi, ki vsebuje gnitje in ponavljajoče se postopke vzhajanja in ohlajanja.
DEL/2
Čistost:
TaC prevlekamora biti ultra visoke čistosti, da bi se izognili nečistočam in onesnaženju pri visokih temperaturah, poleg tega se je treba dogovoriti o učinkovitih standardih vsebnosti in standardih karakterizacije prostega ogljika in notranjih nečistoč na površini in v notranjosti polnega premaza.
DEL/3
Stabilnost:
Odpornost na visoke temperature in odpornost na kemično atmosfero nad 2300 ℃ sta najpomembnejša pokazatelja za testiranje stabilnosti prevleke. Luknje, razpoke, manjkajoči vogali in meje zrn v eni orientaciji zlahka povzročijo, da korozivni plini prodrejo in prodrejo v grafit, kar povzroči okvaro zaščite prevleke.
DEL/4
Odpornost proti oksidaciji:
TaC začne oksidirati v Ta2O5, ko je nad 500 ℃, stopnja oksidacije pa se močno poveča s povečanjem temperature in koncentracije kisika. Površinska oksidacija se začne na mejah zrn in majhnih zrn ter postopoma tvori stebričaste kristale in zlomljene kristale, kar povzroči veliko število vrzeli in lukenj, infiltracija kisika pa se stopnjuje, dokler se prevleka ne odstrani. Nastala oksidna plast ima slabo toplotno prevodnost in različne barve na videz.
DEL/5
Enotnost in hrapavost:
Neenakomerna porazdelitev površine prevleke lahko povzroči lokalno koncentracijo toplotne napetosti, kar poveča tveganje za razpoke in lomljenje. Poleg tega hrapavost površine neposredno vpliva na interakcijo med prevleko in zunanjim okoljem, prevelika hrapavost pa zlahka povzroči povečano trenje z rezino in neenakomerno toplotno polje.
DEL/6
Velikost zrn:
Enotna velikost zrn pripomore k stabilnosti premaza. Če je velikost zrn majhna, vez ni tesna in je zlahka oksidirana in korodirana, kar ima za posledico veliko število razpok in lukenj na robu zrn, kar zmanjša zaščitno delovanje prevleke. Če je zrnatost prevelika, je razmeroma hrapava in prevleka se pod toplotno obremenitvijo zlahka odlušči.