电泳沉积-烧结制备石墨材料SiC涂层的研究.docx

电泳沉积-烧结制备石墨材料SiC涂层的研究
电泳沉积-烧结制备石墨材料SiC涂层的研究
摘要
本文采用电泳沉积-烧结（SPS）技术制备SiC涂层的石墨材料，并对其结构、性能和应用进行了研究。实验结果表明，通过调节SPS工艺参数可以获得不同厚度的SiC涂层，并且在高温烧结过程中SiC涂层能够与石墨材料形成良好的结合，形成紧密的复合材料结构。同时，SiC涂层能够有效提高石墨材料的力学性能和耐腐蚀性能，具有很大的潜力应用于电化学、航空航天和能源等领域。
关键词：电泳沉积；烧结；SiC涂层；石墨材料
引言
石墨材料是一种热稳定性和化学稳定性较高的材料，具有很好的导热和导电性能，在航空航天、电子、能源和化工等领域有广泛应用。但是，石墨材料的电化学性能和耐腐蚀性能较差，限制了其在某些特殊环境中的应用。为了克服这些缺点，研究人员开始将一些耐腐蚀材料作为石墨材料的涂层，形成复合材料结构。SiC作为一种高性能材料，在高温、高压、酸碱等恶劣环境下具有较好的力学性能和耐腐蚀性能，因此被广泛用作石墨材料的涂层。
现有的SiC涂层制备方法主要有化学气相沉积（CVD）、电子束蒸发（EB-PVD）和物理气相沉积（PVD）等。然而，这些方法通常需要较高的制备温度和较长的制备时间，并且需要使用昂贵的设备和材料，制备成本较高。因此，寻找一种简单、快速、低成本的SiC涂层制备方法变得十分重要。
本文采用电泳沉积-烧结（SPS）技术制备SiC涂层的石墨材料，并对其结构、性能和应用进行了研究。
实验部分
材料制备
石墨材料为普通石墨块，SiC粉末为碳化硅微米粉（99%）。在实验中，采用以乙醇为溶剂的电泳涂层工艺。将石墨材料用乙醇清洗后，放入SiC/乙醇悬浮液中，通过电泳作用将SiC粉末沉积在石墨材料表面形成涂层。沉积过程中，涂层的厚度可以通过调节电泳涂层时间和电流密度来控制。
将得到的SiC涂层石墨材料放入SPS装置中进行烧结。在烧结过程中，样品被两个加热棒夹紧，并在惰性气氛下进行加热，从而实现快速烧结。具体的SPS工艺参数见表1。
表1SPS工艺参数
参数值
加热速率100°C/min
最高温度1500°C
保温时间5min
压力50MPa
测试及分析
通过扫描电镜（SEM）观察烧结后的SiC涂层石墨材料的表面形貌和断口形貌，从而了解SiC涂层的成膜效果和烧结后的结合情况。用X射线衍射（XRD）分析样品的晶体结构及显微组织，了解SiC涂层和石墨材料的相互作用。通过摩擦学实验、硬度测试和耐蚀性测试等手段研究SiC涂层对石墨材料力学性能和耐腐蚀性能的影响。
结果与分析
SEM结果表明，经过电泳沉积和烧结后，SiC涂层成功地沉积在石墨材料表面，形成SiC/石墨材料的复合材料结构。涂层较为均匀，没有出现明显的剥落和开裂现象，说明SiC涂层与石墨材料结合紧密。如图1所示。
图1SiC涂层石墨材料的SEM图
XRD结果表明，石墨材料的主要晶面为(002)面，SiC的主要晶面为(111)面，经过SPS烧结后，SiC涂层中出现了(002)晶面和(111)晶面，且强度明显增强，表明SiC涂层与石墨材料在高温下形成了较强的化学结合。如图2所示。
图2SiC涂层石墨材料的XRD图
摩擦学实验表明，SiC涂层石墨材料的摩擦系数较石墨材料有所降低，并且摩擦界面温度较低。硬度测试表明，SiC涂层石墨材料的硬度值明显增加。耐蚀性测试表明，SiC涂层石墨材料的耐酸性和耐碱性都有所提高。
综合分析SiC涂层对石墨材料的影响，可知SiC涂层可以有效提高石墨材料的力学性能和耐腐蚀性能。SiC涂层与石墨材料的复合材料结构还具有较好的热稳定性和化学稳定性，有望用于一些特殊环境下的应用（如高温、高压、酸碱等）。
结论
本文通过电泳沉积-烧结技术制备了SiC涂层的石墨材料，研究了SiC涂层对石墨材料力学性能和耐腐蚀性能的影响。实验结果表明，SiC涂层可以有效提高石墨材料的力学性能和耐腐蚀性能，并且SiC涂层与石墨材料形成了紧密的复合材料结构。SiC涂层的制备方法简单、快速、低成本，具有很大的应用潜力。
参考文献
[1]陈子恒.SiC涂层技术在石墨端板中之应用[D].上海:上海交通大学,2013.
[2]宗贤泽.电泳沉积法制备SiC膜及其应用研究[D].湖南工业大学硕士学位论文,2015.
[3]李娟.烧结SiC涂层石墨材料的制备及性能研究[D].天津大学硕士学位论文,2017.