工艺条件对C/C复合材料可石墨化性的影响

用炭毡作为纤维增强体，采用多元耦合物理场CVI工艺，在自行设计的CVI炉中增密C／C复合材料，对CVI沉积条件(温度、压力、气体流速、毡体密度、碳源)和石墨化热处理温度对C／C复合材料XRD结构参数(石墨化度g和石墨微晶尺寸Lc)的影响进行了研究。结果表明，采用本工艺制备C／C复合材料，经过工艺优化，材料经过2300℃、2h的石墨化处理，其石墨化度可达到77％以上；并且发现，较高的沉积温度、较低的压力、较大的气流速度、较大密度的毡体有利于C／C复合材料晶体有序度的提高；其次，采用石油液化气(LPG)作碳源时样品的晶体有序度比丙稀(GH6)作碳源时稍高；石墨化热处理可进一步提高材料的石墨化度，升高的幅度和组织结构密切相关，提高材料石墨化度的关键环节是CVI工艺条件。     

添加剂对煤基石墨微观结构的影响

以太西无烟煤为原料，分别加入不同质量的二氧化硅、二氧化钛、氧化铁为添加剂，采用高温石墨化处理制备煤基石墨。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、激光共焦拉曼光谱仪（RAMAN）、全自动比表面积和孔径分析仪（BET）等手段表征煤基石墨微观结构。研究表明经2 800℃高温热处理后，所得煤基石墨的石墨化度均超过89%，显著改善了无烟煤无序的微晶结构，实现了煤中sp2杂化碳原子有序化重排；在相同的添加剂混入水平下，以二氧化钛为添加剂的煤基石墨的石墨化程度、堆砌高度相对较高，层间距与理想石墨层间距差异最小，碳材料有序度越高；拉曼光谱显示不同添加剂作用下煤基石墨的有序度差异明显，并同步受添加剂用量影响，各添加剂中TXSC3、TXTC2和TXIC3煤基石墨的有序度最高；扫描电镜下发现在3种添加剂条件下，可分别制备出鳞片状，球形以及2种形貌兼具的煤基石墨；各煤基石墨的比表面积和孔径分布数据显示具有相似的低温氮气吸附-脱附等温线。     

不同煤级煤分级萃取后的XRD结构特征及其演化机理

基于溶剂萃取的方法,采用苯、CS2、丙酮以及THF等4种溶剂对褐煤、焦煤、低级无烟煤、中级无烟煤等进行分级超声萃取,并借助于X-射线衍射法,对原煤及其萃取物的微晶结构参数进行了测试。研究发现:①随着煤级的变化,溶剂的分级萃取率呈现相同的变化趋势,焦煤的萃取率最大,其次是褐煤,无烟煤萃取率最小;②4个煤样中,THF溶剂的可溶组分最多,其他3个溶剂的萃取率对比关系因煤级不同而略有差异,原因在于萃取率受到煤的显微组分和小分子化合物组成影响;③与原煤相比,萃余物的芳香层间距d002减小,而堆砌度Lc、延展度La均略增大,计算得到的芳香层片堆砌层数增多;④溶剂萃取条件下,煤的不同微晶结构参数的变化机理不同,表现为La主要与溶胀度有关,Lc受溶胀度和小分子相的溶出量有关,d002则是溶胀作用,小分子相溶出量以及溶剂分子的填充情况共同作用的结果;萃取后,芳香层片堆砌层数N的增加是由于Lc和d002变化后的计算效应引起的,而非事实上的增多。     

碳源石墨结构对金刚石合成的影响

借助于X 射线衍射和扫描电镜, 研究了6 种碳源石墨的晶体结构与显微结构。结果表明, 不同石墨的颗粒度粗细不一, 且石墨化度差异较大, 微晶尺寸与石墨化度没有直接关系;石墨微观结构主要有3 种形态:①纤维状区域结构;②片状小区域结构;③镶嵌结构合成金刚石时, 微观结构相似的石墨, 随着石墨化度的提高, 加热电流增加;纤维状区域结构明显的石墨合成的金刚石品质优于片状小区域结构为特征的石墨, 优于以镶嵌结构为特征的石墨。     

压块工艺条件下煤种对活性炭孔结构发育的影响

以胜利褐煤、3种低阶烟煤（灵武煤、神木煤、大同煤）和太西无烟煤为原料,采用压块工艺制备煤质颗粒活性炭,借助煤中无机矿物质组分与含量、炭化料微晶结构参数等指标考察煤种对活性炭孔结构发育的影响。结果表明：① 随着煤化程度（Cdaf）的提高,炭化料的微晶层厚度（Lc）和石墨化度(G)升高,活性炭的比表面积（SBET）增大,平均孔径（da）减小;② 煤中的矿物质含量和组成对活性炭的孔结构发育亦有重要影响,灰分过高意味着可以造孔的有机炭含量降低,但无机质中Ca,Fe等物质会催化活化反应,促进活性炭孔的发育。压块工艺条件下,煤种（煤化程度）仍然主要通过影响炭化料内微晶尺度和矿物质组成来影响最终所得活性炭的孔结构。     

煤有机大分子碳结构石墨化机制

煤化作用和石墨化作用共同控制煤的形成和演化，因煤物质成分、化学结构的复杂性和石墨化作用的特殊性，使得研究煤大分子结构热演化过程非常困难。为了探索煤化过程和石墨化过程中的大分子结构变化特征，通过煤质分析、固体核磁共振、高分辨率透射电镜(HRTEM)、黄金管热模拟等实验技术和Amsterdam Modeling Suite (AMS)量子化学计算技术，对不同煤阶煤和煤系石墨样品进行测试分析，从大分子量子化学角度构建不同煤阶煤的有机大分子结构，以揭示煤的有机质大分子碳结构演化及石墨化机制。(1)随着成熟度升高，煤大分子结构中芳香结构的占比逐渐增大，脂肪结构含量逐渐减小，芳碳率在无烟煤阶段达到0.9以上；(2)低煤级煤和中煤级煤大分子中2×2、3×3尺寸的芳香条纹含量占比最大，随着成熟度的升高优势方向(75°、90°和105°)条纹占比由26.47%增至50.10%,在无烟煤和高级无烟煤阶段出现芳香条纹堆叠现象；(3)利用构建的三维大分子结构模型开展热解模拟计算，发现随着模拟温度升高，芳香层片间距有规律的减小，从0.400 nm降至0.318 nm,这与低煤阶煤到高煤阶煤芳香层片层间距从0.4...     

CVD炭/炭刹车材料制备工艺和微观结构研究

用炭毡作为纤维增强体 ,设计特殊的导电发热层 ,采用多元耦合物理场CVD工艺 ,在自行设计的CVD炉中增密用于刹车材料的C/C复合材料 ,并就CVD沉积条件和石墨化热处理温度对C/C复合材料微观结构的影响进行了研究。对沉积炭的组织结构进行了观察和分析 ;对C/C刹车材料的石墨化度 g和石墨微晶尺寸Lc进行了量化分析。研究表明 :较高的沉积温度和较低的压力 ,有利于材料的组织结构由光滑层 (SL)向粗糙层 (RL)结构转变 ,材料的可石墨化能力和微晶尺寸呈升高趋势 ;随石墨化热处理温度的升高 ,材料的石墨化度和微晶尺寸呈升高趋势 ,但粗糙层组织结构升高的幅度远大于光滑层。     

催化石墨化对PAN基炭纤维结构的影响

研究了H₃BO₄或Fe(NO₃)₂·9H₂O水溶液浸泡处理及石墨化处理温度对PAN基炭纤维石墨化度和微观结构的影响。XRD表明, 催化石墨化效应随石墨化处理温度升高而降低。当热处理温度为2 400 ℃时, H₃BO₄处理使炭纤维石墨化度由5.9%提高到21.0%; 当热处理温度为2 800 ℃时,H₃BO₄处理仅使炭纤维石墨化度由26.1%提高到27.9%。显微Raman光谱分析表明, 催化处理促使炭纤维表层炭微晶结构的完整性和石墨化度显著提高, 但对纤维芯部无效, 炭纤维的催化石墨化效应仅限于纤维表层。     

无烟煤超高温石墨化产物的物相分析

采用超高温石墨化法一次性制备了品质优良的无烟煤石墨化产品,对其进行了化学成分、XRD、SEM和拉曼光谱等分析。结果表明:无烟煤超高温石墨化所得产品可以作为良好的增碳剂和还原剂;其微观结构有序性比原煤明显提高,同时石墨化程度也明显增加,但仍有少量结构缺陷。     

艾维尔沟煤中镜质组配煤在成焦过程中的结构演化

为了深入了解煤中活惰组分的相互作用机理以及完善配煤炼焦理论,富集艾维尔沟煤中镜质组(活性组分)等比例配入标准无烟煤(惰性组分)并热解至不同温度(600℃~1000℃)后骤冷(液氮)制成焦样,利用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱表征以研究焦样的结构演化规律。结果表明:艾维尔沟煤镜质组与标准无烟煤等比例混配形成的焦样随着成焦温度的升高,焦的微晶尺寸和芳香度逐渐增大,堆垛高度先降低后升高,芳香片层堆积个数先降低又升高,焦的结构无序先增加后减小,石墨化程度则先下降后增加,碳微晶结构参数均在900℃发生转折,说明艾维尔沟肥煤热解固化成焦时继续缩聚反应至900℃后才开始石墨化进程并由焦转变为焦炭。     

石墨晶体结构与浮选速率的关系研究

石墨晶体结构特征与其浮选速率的关系研究具有重要的意义，针对莫桑比克、湖北宜昌、吉林汪清等10个来源的石墨精矿开展了接触角测试、晶体结构特征分析及浮选速率试验。结果表明：①大鳞片石墨 和致密晶质石墨普遍具有相对较大的接触角，而细鳞片石墨和隐晶质石墨一般接触角相对较小。②各石墨精矿中石墨晶体轴长a0范围为0.246 51~0.248 27 nm，c0范围为0.671 29~0.675 68 nm，晶胞体积V范围为 0.035 33~0.035 99 nm3，石墨化度范围为68.78%~94.57%；大鳞片石墨晶胞体积更小，晶体结构更完整，石墨化度更高，细鳞片石墨及隐晶质石墨晶体结构边缘接入了较多含氧官能团，晶体缺陷更多，石墨化度更低 ；石墨晶体中3R多型含量与其石墨化度成负相关。③石墨精矿浮选速率符合经典一级动力学模型；石墨化度与浮选速率成正相关，石墨化度越高的石墨，其浮选速率越快，精矿固定碳含量越高；大鳞片石墨一般具有 较高的石墨化度，其浮选速率较细鳞片石墨及隐晶质石墨快，因此其精矿固定碳含量较高。     

贵州黔西南煤矿煤中隐晶质石墨提纯

 摘要：本文对贵州某地煤层中隐晶质石墨进行了提纯试验研究。首先对原矿进行化学成分和矿物组成分析,然后采用酸碱焙烧法,在高温下,在样品中加入适量的碱与之反应,以除大部分硅和部分杂质;待其反应完全后,在一定温度下加入适量酸与其反应,去除其他杂质。最后将提纯后的样品进行石墨与无烟煤的鉴别实验,同时进行样品扫描电镜和电子探针分析,结果证明处理后的样品为高纯化隐晶质石墨。     

黑龙江柳毛石墨矿石的矿物学特征研究

为查明黑龙江柳毛石墨矿石的矿物学特征,采用XRF、XRD、Raman等测试分析手段对矿石的化学成分、矿物组成、晶体结构等进行了研究。结果表明,柳毛石墨矿石的主要化学组成除C外,还含有SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、TiO₂、BaO、V₂O₅等;脉石矿物主要有石英、云母（金云母、黑云母和绢云母）,此外还含有长石（正长石和微斜长石）、蒙脱石、钙铝榴石及少量的伊利石、辉石、硅灰石等。石墨的晶胞参数a=0.244 4~0.247 3 nm,V=0.034 7~0.035 5 nm3;石墨主要呈条带状与脉石矿物相间分布,少量石墨颗粒呈星点状分散在脉石矿物中。由提纯后石墨样品的Raman光谱得知,相同采样层位石墨样品的石墨化度差别较大,石墨晶体结构的完善程度不同,R（I_D/I_G）为0.07~0.21;不同采样层位,石墨样品的3R多型（Rh）的含量有所差别。      

煤吸附甲烷结构变形的多尺度特征

通过扫描电镜对细观无烟煤样表面结构进行观测,研究了由结构镜质体与细观裂隙引起的煤体细观结构多尺度非均质特征;对比煤样表面CT扫描测试与分析结果,证实了不同尺度下煤体细观结构非均质特征与密度非均匀分布的一致性,即,在较小尺度下,由于煤中结构镜质体与细观裂隙结构的多样性,煤的细观结构和密度分布非均匀性很强,随着尺度的增大,煤的细观结构非均质特征减弱,密度分布非均匀性也减弱。通过对不同吸附压力下煤吸附甲烷CT扫描的数据进行多尺度三维分割与统计,揭示了煤吸附甲烷后细观结构膨胀/挤压变形与密度分布的相关性随结构尺度变化的规律;在小尺度上,低密度结构容易被挤压,中密度结构膨胀和挤压变形同时存在,高密度结构易于发生膨胀变形。随着煤结构尺度的增大,变形方式与原始结构密度的相关性降低。通过对不同尺度与吸附压力下的煤结构膨胀/挤压变形量、膨胀/挤压变形体积统计与分析,发现在甲烷吸附过程中,煤结构的膨胀变形和挤压变形均随结构尺度的增加而减小。煤的膨胀变形主要受吸附压力和结构尺度的影响,而挤压变形主要受结构尺度的单一因素的影响;煤中挤压变形体积始终小于膨胀变形体积。煤体结构的膨胀变形量与挤压变形量随尺度增加的衰减过程是非同步的,在小尺度下,煤体结构的挤压变形量比膨胀变形量更大,随着尺度增加,挤压变形量衰减速度比膨胀变形量衰减速度更快。研究结果对于煤层气开采过程中的气体渗流特征的多尺度精准动态评提供借鉴。     

陕西凤县高煤级煤分子结构模型的构建与结构优化

分子模拟可从分子尺度探究高煤级煤石墨化过程中微晶结构的演化,对煤系石墨的成矿机理和开发利用具有重要意义。构建高煤级煤的分子结构模型是对其进行分子模拟的基础。通过工业分析、元素分析、核磁共振碳谱(13C-NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段,对陕西凤县地区赋存于石炭系草凉驿组含煤地层中的高煤级无烟煤的分子结构进行了研究,发现凤县无烟煤的芳香结构以萘、蒽和菲为主;脂肪碳以亚甲基、次甲基、脂肪侧链和环烷烃的形式存在,其中脂肪侧链以短链为主;含氧官能团以酚羟基和醚氧基为主,还含有少量的羰基;吡咯型氮是氮元素的主要赋存形态;硫元素的主要赋存形式是硫醇硫酚。依此构建了其大分子平均结构模型,并对构建的模型进行了结构优化和退火动力学模拟。经退火动力学模拟后,模型的总能量明显降低,模型中的芳香片层趋于规整的平行排列。在最终模型的能量构成中,非键结势能大于键结势能,是保持煤结构稳定的主要因素。范德华能在非键结势能中占主导地位,归因于高煤级煤中芳环之间的π-π相互作用,该作用是保持高煤级煤结构稳定的主要能量来源。本研究对凤县高煤级煤分子结构模型的构建为从分子尺度研究高煤级煤石墨化的微晶结构演化提供了模型基础。     

晋城无烟煤的分子结构特征分析

利用工业分析、元素分析、核磁共振碳谱(13C-NMR)、高分辨率的透射电镜(HRTEM)、红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对晋城无烟煤进行了分析,对其化学结构获得了较为全面的认识。采用变接触时间和偶极去相方法相结合的13C-NMR技术以及HRTEM检测对其微晶条纹芳核结构进行了统计分类。结果表明:此类煤结构中桥碳比为0.46,平均结构单元分子质量为398,煤中的芳核结构缩合程度较高,芳香层片以苯并蒽,苯并芘以及尺寸更大的芳香环为主。对FTIR与XPS检测结果进行分峰拟合结果表明:芳香环取代度较高。煤中氮含量较少,以有机氮和无机氮的形式存在。煤样中硫主要以有机硫的形式存在,无机硫含量较少。煤中氧含量很少,且主要分布于脂肪烃结构中。煤样脂肪结构中侧链短,且分支度小。利用上述信息,初步构建了晋城无烟煤平均结构单元分子模型,其平均结构单元分子式为C30H22O0.5N0.5,为煤的大尺度分子聚集体结构模型构建提供基础。     

微波法制备纳米多孔石墨

介绍了微波法制备纳米级多孔石墨的过程 ,以及采用汞压入法测量该多孔石墨的孔结构。与高温电炉膨化法相比 ,微波法制备的多孔石墨具有很好的纳米孔隙 ,孔径分布基本上在 4～ 10 0nm范围内 ;而传统的高温电炉膨化的多孔石墨的孔隙直径分布 ,在纳米和微波之间的过渡区域 ,二者之间存在差别。同时 ,实验结果显示纳米多孔石墨的孔结构 ,受到石墨插层物制备时水洗次数 (水洗液的pH值 )、膨化过程的微波作用时间以及鳞片石墨细度的影响