Zastosowanie reaktywnego chemicznego osadzania z fazy gazowej (RCVD) do modyfikacji powierzchni włókien węglowych

• Autorzy: Olszówka-Myalska A. , Swadźba L. , Botor-Probierz A. , Janus T.

Warianty tytułu

EN

Application of reactive chemical vapour deposition (RCVD) for surface modification of carbon fibers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zastosowano metodę reaktywnego osadzania z fazy gazowej RCVD do modyfikacji powierzchni włókien węglowych FT 300B w postaci rowingu. Dwa typy powłoki TiC oraz HfC wytworzono w reaktorach z kontrolowaną atmosferą reaktywną. Węglik tytanu powstał w wyniku reakcji węgla z powierzchni włókien z TiCl4, a węglik hafnu odpowiednio w wyniku reakcji z HfF4. Obserwacje metodami skaningowej mikroskopii elektronowej SEM wykazały powstanie powłok równomiernych, dobrze przylegających do podłoża o grubości 100-300 nm. Dzięki dyfuzyjnemu mechanizmowi tworzenia powłok nie wystąpił efekt mostkowania włókien. Skład fazowy włókien z powłokami scharakteryzowano metodą rentgenowskiej analizy fazowej XRD, która wykazała krystaliczną budowę powłok i obecność odpowiednio TiC oraz HfC. Uzyskanie powłok o wymaganej z punktu widzenia technologii kompozytów grubości i budowie wskazuje na celowość podjęcia prób ich aplikacji w kształtowaniu struktury połączenia w kompozytach umacnianych materiałami węglowymi.

EN

The method of reactive chemical vapour deposition (RCVD) was used for surface modification of carbon fibers FT 300B roving. Titanium carbide TiC and hafnium carbide HfC coatings were obtained in reactors with controlled reactive atmosphere. The TiC carbide was formed by the reaction between carbon and TiCl4. The parameters applicated during the deposition in hydrogen atmosphere were as follows: temperature of 1020°C, time range of 5-30 min. The titanium carbide coatings with thickness 100-300 nm were uniform and good adherent to the fibers. The bridging effect was not observed and XRD patterns showed the presence of crystalline TiC. During formation of hafnium carbide layer the HfF4 reacted with carbon fibers in argon atmosphere at the temperature of 1050°C. Similarly to TiC coatings SEM investigations showed that HfC coating was uniform and good adherent to the fibers. The thickness on the level of 100 nm was estimated and bridging effect was not observed also. Two crystalline phases were identified by XRD method. The hafnium carbide HfC as the main one and hafnium oxide HfO2 additionally. Results of presented experiments revealed that the reactive diffusion can be useable during surface modification of carbon fibers by carbides. The effect of bridging (typical for coating deposition by such method as CVD and electrochemical and chemical electroless deposition) is excluded. Coatings obtained by RCVD are uniform, good adherent and their thickness can be controlled on the nanometric level. The experiments of coated carbon fibers with different liquid alloys are necessary for verification their potential application in metal matrix composites.

Słowa kluczowe

PL

włókno węglowe; nanopowłoka; węglik tytanu; węglik hafnu; RCVD; kompozyt metalowy

EN

carbon fiber; nanocoating; titanium carbide; hafnium carbide; RCVD; metal matrix composite

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 1
• Strony: 19--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Olszówka-Myalska A.

autor

Swadźba L.

autor

Botor-Probierz A.

autor

Janus T.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, ul. Krasińskiego 8b, 40-160 Katowice,

Bibliografia

• [1] Rickerby D.S., Coating techniques for Metal Matrix Compo-sites, Br. Ceram. Trans. J. 1988, 87, 176-180.
• [2] Olszówka-Myalska A., Botor-Probierz A., Swadźba L., Krzak-Roś J., Możliwości wytwarzania powłok technologicznych na włóknach węglowych, Inżynieria Materiałowa 2009, 169, 3 (w druku).
• [3] Metcalfe A.G., Composite Materials, Vol. 1, Interfaces in Metal Matrix Composites, Academic Press, New York 1974.
• [4] Pierson H.O., Handbook of Chemical Vapor Deposition: Principles, Technology, and Applications, Publicated by William Andrew Inc., 1999.
• [5] Gadiou R., Serverin S., Gibot P., Vix-Guterl C., The synthesis of SiC and TiC protective coatings for carbon fibers by the reactive replica process, Journal of the European Ceramic Societe 2008, 28, 2265-2274.
• [6] Baklanova N.I., Zima T.M., Titov A.T., Naimushina T.M., Berveno V.P., Microstructure and Strength of Carbon Fibers Surface-Modified with Titanium Carbide, Inorganic Materials 2008, 44, 2, 121-128.
• [7] Lia X., Dong Z., Westwood A., Brown A., Zhanga S., Brydson R., Rand B., Li N., Preparation of a titanium carbide coating on carbon fibre using a molten salt method, Carbon 2008, 46, 305-309.
• [8] Emig G., Schoch G., Wormer O., Chemical vapor deposition of hafnium carbide and hafnium nitride, Journal de Physic IV, Colloque C3, supplement au Journal de Physique 1993, 11, 3.
• [9] Baklanowa N.I., Zima T.M., Boronin A.I., Kosheev S.V., Titov A.T., Isaeva N.V., Graschenkov D.V., Solntsev S.S., Protective ceramic multilayer coatings for carbon fibres, Surface & Coatings Technology 2006, 201, 2313-2319.
• [10] Barinov S.M., Ferro D., Bertuli C., Dallesio L., Hardness of hafnium carbide films deposited on silicon by pulsed laser ablation, Journal of Materials Science Letters 2001, 20, 1485-1487.
• [11] Spatenka P., Suhr H., Erker G., Rump M., Formation of hafnium carbide thin films by plasma enhanced chemical vapor deposition from bis(t/-cyclopentadienyl)dimethylhafnium as precursor, Appl. Phys. 1995, A 60, 285-288.
• [12] Olszówka-Myalska A., Rola węglika tytanu i azotku tytanu jako międzywarstw w kompozycie włókna węglowe-stop aluminium, praca doktorska, Politechnika Śląska, Katowice 1988.
• [13] Olszówka-Myalska A., Study of interface of aluminium-carbon fibre composite produced by the infiltration method, International Conference Cast Composites’95, Zakopane 1995, 205-212.
• [14] Olszówka-Myalska A., Criteria for the selection of inter- layers in metal matrix fiber composites produced by the in-filtration methods, Proceedings of Topical Symposium III on Advanced Structural Fiber Composites of 8th Cimtec- World Ceramics Congress, and Forum of New Materials, TECHNA, Faenza 1995, 201-208.
• [15] Kashin O.A., Ovcharenko V.E., Salibecov S.E., Zabolotskii A.A., Reaction of carbon filaments coated with titanium carbide and molten aluminium, Materials Science and Heat Treatment 1980, 11, 22.
• [16] Sayir A., Carbon fiber reinforced hafnium carbide composite, Journal of Materials Science 2004, 39, 5995-6003.