熱解碳結(jié)構(gòu)控制PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 熱解碳結(jié)構(gòu)控制熱解碳結(jié)構(gòu)控制 碳/碳復(fù)合材料的性能: l 增強(qiáng)纖維 l 基體碳 l 纖維和基體之間的界面 其中基體碳的密度和結(jié)構(gòu)是影響機(jī)械性能最主要的因素 。 微觀結(jié)構(gòu)控制密度 結(jié)構(gòu)材料性能 第1頁(yè)/共17頁(yè) 碳/碳復(fù)合材料的基體碳3種類型:瀝青碳、樹(shù)脂碳和熱解碳 。 以熱解碳為基體具有最佳的綜合性能。 CVI工藝為擴(kuò)散控制步驟反應(yīng)，多采用相對(duì)低的溫度以降低 反應(yīng)速度，同時(shí)采用很低的系統(tǒng)壓力以提高擴(kuò)散系數(shù),由此 緩解擴(kuò)散和沉積之間的矛盾,但導(dǎo)致致密化周期特別長(zhǎng)。 第2頁(yè)/共17頁(yè) GP：前驅(qū)氣體 L：線型小分子 A：芳香烴小分子 PAH：多環(huán)芳香烴大分子 熱解碳沉積簡(jiǎn)圖 X軸：熱解產(chǎn)

2、物的分子量增加 Y軸：AS/VR (表面積/氣孔體積） 第3頁(yè)/共17頁(yè) u微米尺度 偏光顯微鏡(PLM) 觀察熱解碳微觀結(jié)構(gòu)的形態(tài)，通過(guò)消光角Ae，分為： 各向同性ISO，暗層DL，光滑層SL，粗糙層RL u納米尺度 透射電鏡(TEM)測(cè)定基本結(jié)構(gòu)單元(BSU)，熱解碳排列的有序程度不同。 結(jié)合選域電子衍射(SADE)測(cè)定取向角Ao。分為： 各向同性(ISO)、低織構(gòu)(low-textured)、中等織構(gòu)(medium-textured)和 高織構(gòu)(high-texuterd)熱解碳。 第4頁(yè)/共17頁(yè) CH4/N2= 1 4時(shí)得到粗糙層組織,錐的生長(zhǎng)特征明顯CH4/N2= 1 1時(shí),組織轉(zhuǎn)

3、變?yōu)楣饣瑢咏M織 第5頁(yè)/共17頁(yè) 采用甲烷為前驅(qū)體制備的 / 復(fù)合材料中不同織構(gòu)熱解碳基體的偏光顯微照，（a）（b）分別為 MT熱解碳占優(yōu)和HT熱解碳占優(yōu)的情況 （a） (b) 第6頁(yè)/共17頁(yè) 名稱光學(xué)顯微特征 層狀組織 光滑層光學(xué)各向異性度高，熱解碳以碳纖維為為圓心 進(jìn)行同心環(huán)狀鋪層堆積。光滑層的表面光滑,層 間分界線清晰，層間分界線清晰，粗糙層的表 面粗糙，層間分界線不很分明。 粗糙層 錐狀組織 光滑錐 光學(xué)各向異性度高，組成單元為倒立的的圓錐 體。光滑錐的表面光滑，層間分界線清晰，粗 糙錐的表面粗糙，層間分界線模糊。 粗糙錐 粒狀組織 光學(xué)各向異性度高，組成單元為粒狀不不一的 細(xì)小顆粒

4、狀。 各向同性組織無(wú)光學(xué)各向異性，偏光下為全黑 柱狀組織 光學(xué)各向異性度高，組成單元為徑向輻輻射的 細(xì)小短棒狀碳。 過(guò)度型組織兩種或多種組織混合，色彩斑斕 第7頁(yè)/共17頁(yè) 碳碳復(fù)合材料的斷口SEM照片 熱解炭呈層狀環(huán)繞著炭纖維熱解炭呈層狀環(huán)繞著炭纖維, ,層間存在裂紋。層間存在裂紋。 片狀皺褶狀片狀皺褶狀, ,是典型的光滑層組織結(jié)構(gòu)是典型的光滑層組織結(jié)構(gòu) 石墨結(jié)構(gòu)的片層狀結(jié)構(gòu),顯得非常光滑平整,生長(zhǎng)特征及擇優(yōu)取向非常明顯,為典型的粗糙層組織結(jié)構(gòu) 第8頁(yè)/共17頁(yè) p Lieberman和Pierson ：不同微觀結(jié)構(gòu)的熱解碳取決于氣 相組成的摩爾比RC2H2/C6H6 GP：前驅(qū)氣體 L：線

5、型小分子 A：芳香烴小分子 第9頁(yè)/共17頁(yè) p Benzinger和Huttinger:纖維表面沉積了兩層熱解碳:MT-HT(內(nèi)層 -外層)。認(rèn)為MT熱解碳主要由氣相中的芳烴和多環(huán)芳烴形成,而 HT熱解碳主要由氣相中線型小分子烴類形成。 p Feron：發(fā)現(xiàn)了MT-HT-MT之間的轉(zhuǎn)變，認(rèn)為MT主要由線型小 分子烴形成，而HT主要由大分子芳烴形成。 第10頁(yè)/共17頁(yè) p 張偉剛認(rèn)為提出了Particle-filler模型,認(rèn)為以乙炔為 主的線型小分子烴為filler，以苯為主的芳香烴分子為 particle，當(dāng)二者比例最佳時(shí)形成HT熱解碳，當(dāng)比例大 于或小于最佳比例時(shí)形成各向異性程度較低的

6、熱解碳 (MT或LT)。 第11頁(yè)/共17頁(yè) 氣相組成和熱解碳微觀結(jié) 構(gòu) 采用溫度梯度CVI藝和甲烷為前驅(qū)氣體, 采用ICVI和甲烷-氫氣混合氣體,在20kPa和30kPa壓力下發(fā)現(xiàn) 采用ICVl和丙烷為前驅(qū)氣體,隨著溫度的升高和滯留時(shí)間的延長(zhǎng). 采用ICVI和甲烷,在更大的壓力范圍內(nèi)研究了熱解碳微觀結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律. Particle-filler模型表達(dá)的觀點(diǎn)較好地統(tǒng)一了不同人員的研究結(jié)果 。 第12頁(yè)/共17頁(yè) l 溫度、壓力(或分壓) l 前驅(qū)氣體的種類、滯留時(shí)間 隨滯留時(shí)間的延長(zhǎng)或前驅(qū)氣體分壓的增加,熱解(均相)反應(yīng)的總趨勢(shì)是生成物的分子量逐漸增大。 添加H2對(duì)芳香烴類大分子的生成具有顯著的抑制作用。 較小的As/VR比值有利于熱解反應(yīng)生成大分子, l 預(yù)制體的初始AS/VR比值 l 氫氣 第13頁(yè)/共17頁(yè) 織類型。 第14頁(yè)/共17頁(yè) 1符冬菊，曾燮，鄒繼兆等.微波CVI制備碳碳復(fù)合材料微觀組織結(jié)構(gòu)的研究J.材料工程,2009,(1),6-8 2陳三平，李賀軍.碳/碳復(fù)合材料CVI工藝中熱解碳形成機(jī)理的研究J.材料導(dǎo)報(bào),2002,16(5),62-64 3白瑞成,李賀軍,席深等.碳/碳復(fù)合材料ICVI工藝的研究進(jìn)展J.材料導(dǎo)報(bào),2005,19