沉积温度对微波热解CVI制备碳/碳复合材料密度及组织结构的影响

以碳毡为预制体,N2为稀释气体,甲烷为碳源前驱体,其分压为10 kPa,滞留时间为0.15 s的工艺条件下,研究了不同沉积温度对微波热解化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)工艺制备碳/碳复合材料的致密化速率、样品的体积密度及其密度均匀性的影响,并对其组织结构进行了观察.分析了沉积温度对微波热解CVI工艺制备碳/碳复合材料的密度与组织结构的变化规律.结果表明:在微波热解CVI工艺中,随着沉积温度的降低,碳毡预制体的致密化速率及最终体积密度呈现先升后降,1100 ℃沉积制备复合材料的密度均匀性最好,并呈现从内到外逐步沉积的规律.热解碳的织构主要为中等织构.     

高性能C/C复合材料制备工艺研究

对制备C/C复合材料的化学气相渗透工艺进行了系统的实验研究,着重分析了热解碳的沉积过程。研究表明,在化学气相渗透的初始阶段,热解碳主要在碳纤维表面沉积,并与碳纤维之间形成了界面结合;随后,热解碳的沉积继续填充碳纤维预制体内部的气孔。这一过程有助于缓解纤维与陶瓷基体之间的界面应力。研究表明,通过调节热解碳的沉积时间可以得到具有一定密度梯度的C/C复合材料。     

C/SiC-MoSi2复合材料微结构和力学行为研究

以三维针刺碳毡作为预制体,先采用树脂单向加压浸渍-热解工艺制备出C/C多孔体,然后采用反应熔体浸渗法将Si-Mo合金浸渗到C/C多孔体中制备C/SiC-MoSi2复合材料.对C/SiC-MoSi2复合材料的物相组成、显微结构以及力学性能进行了研究.结果表明,该复合材料由C、SiC、MoSi2和Si组成;生成的SiC和M...     

SiC改性C/C复合材料的制备及其烧蚀性能

采用超声波震荡法将SiC微粉添加到二维针刺碳毡预制体中,利用热梯度化学气相浸渗工艺沉积热解碳制备了SiC改性碳纤维增强碳基(carbon fiber reinforced catbon,C/C)复合材料.借助x射线衍射与扫描电子显微镜检测和观察材料的微观结构,利用氧-乙炔烧蚀实验测试材料的抗烧蚀性能.结果表明:SiC微...     

以环己烷为前驱体制备炭/炭复合材料

以环己烷为前驱体利用化学液气相沉积工艺,采用针刺炭纤维毡为预制体,制备了具有光滑层和粗糙层结构的炭/炭复合材料。利用金相显微镜、高分辨扫描电子显微镜进行了材料的微观组织结构的分析,分析了在不同位置不同织构热解炭的形成机理。同时阐述了化学液气相沉积工艺原理。实验结果表明,通过调整工艺参数,利用化学液气相沉积工艺可以制备具有不同微观组织结构的炭/炭复合材料。     

致密化工艺对C/C复合材料性能的影响

以三种致密化工艺对2D炭布针刺预制体进行致密，得到三组C／C复合材料，对其进行力学、热学性能检测及微观结构分析，并用C／C复合材料抗热震指标对三种致密化工艺所制备试样的性能进行综合评价，考察并比较了不同致密化工艺对C／C复合材料性能的影响。结果表明，采用化学气相沉积、沥青高压浸渍炭化及树脂常压炭化工艺所制备的RLS试样具有较好的综合性能。     

基体炭种类对C/C复合材料电导率的影响分析

使用炭毡为增强体分别制备了热解炭基、树脂炭基、沥青炭基和热解炭/树脂炭双基体、树脂炭/沥青炭双基体C/C复合材料,比较研究了复合材料的电导率与不同先驱体含量的关系。结果表明,不同前驱体C/C复合材料电导率有较大的差异,热解炭基C/C复合材料的电导率是沥青炭基C/C复合材料和树脂炭基C/C复合材料电导率近3倍,热解炭和沥青炭双基体C/C复合材料的电导率符合简单并联混合法则,树脂炭和沥青炭双基体C/C复合材料的电导率随树脂炭质量分数的增加而减小。     

基于液相热解沉积的C/C复合材料及其热物性研究

环己烷为前驱体,以体密度0.50g/cm~3左右的T700(12k)炭纤维针刺毡为预制体,在自主设计的专用设备中用化学液相热解沉积工艺再结合热等静压工艺制备出1.75 g/cm~3C/C复合材料。借助偏光显微镜、扫描电镜对C/C复合材料的微观结构进行了研究,用耐驰NETZSCH LFA 457 MicroFlash激光热导仪对C/C复合材料热物性进行了分析,结果表明,该液相热解沉积工艺制备的C/C复合材料炭相多为粗糙层结构,沉积炭呈环形紧密包覆在炭纤维周围,炭纤维力学性能得以充分发挥。热物理性能测试结果表明,该复合工艺制备的C/C复合材料导热性能良好,热力学性能呈明显各向异性,线膨胀系数小,体积稳定性好。     

高温热处理对C/C多孔体显微结构的影响

以三维针刺碳毡作为预制体,先采用树脂单向加压浸渍结合热压固化制备了CFRP复合材料,然后通过树脂热解碳化制备出C/C多孔体。文章重点研究了高温热处理对C/C多孔体显微结构的影响。通过扫描电子显微镜观察了材料的显微结构,使用阿基米德方法测定材料的密度和气孔率,并利用压汞仪分析了材料的孔隙分布,利用X射线衍射分析碳基体的石墨化程度。结果显示,高温热处理后材料的密度降低,孔隙率增大;高温热处理没有改变材料中孔隙的类型,但使材料中三类孔隙尺寸均增大;经过高温热处理材料的石墨化度提高,部分块状碳基体转变为片层状石墨碳结构。     

C/C复合材料预制体结构对摩擦性能的影响

采用整体毡预制体、针刺网胎/无纬布叠层预制体和穿刺预制体,通过化学气相沉积法(CVD)结合液相浸渍法(PIP)制备了C/C复合材料,利用MM1000-Ⅱ型摩擦磨损实验机测试了三种不同预制体C/C复合材料的摩擦性能,采用扫描电子显微镜分别观察了三种C/C复合材料的表面形貌,研究发现预制体结构中纤维排布方式及含量影响C/C复合材料的摩擦系数。相同转速下C/C复合材料的摩擦系数随压力的升高而增大;压力相同的条件下C/C复合材料的摩擦系数随着转速提高而增大;高压高转速下针刺网胎/无纬布制备的C/C复合材料摩擦系数较稳定,整体毡制备的摩擦系数虽小但随转速变化波动较大,穿刺预制体制备的摩擦系数大且波动大,说明穿刺这种增强单元相对较粗大的预制体不适合制备摩擦密封领域的精细结构复合材料。     

炭材料热分析技术概述

论述了TG,DTA,DTG,DSC和DMTA等热分析技术在炭及其复合材料上的应用。TG-DTG技术可以追踪升温过程的质量变化,直接体现着材料的高温抗氧化性能、热稳定性,并可确定材料的燃点等;热效应曲线则反映出材料升温分解过程中的放热或吸热效应,是和材料组成及结构变化密切相关的,二者结合,从结构本质上探析了炭材料的物理化学反应机制。因此,TG-DTG,DTA,DSC技术被广泛应用于炭材料的反应机理、催化剂的催化机制、高温抗氧化性、耐热性、活性炭的表面性能、燃烧特性等的探究;DMTA技术是研究高聚物结构-分子运动-性能的一种有效手段,被用于测定炭材料界面性能。     

生物质热解催化剂积炭问题的研究进展

生物质催化热解获得生物油等高质产品是最有前途替代传统化石能源的方法之一,但在热解过程中存在着严重的催化剂失活问题,其中积炭是导致催化剂失活的最主要因素。本文对近年来生物质催化热解领域的催化剂积炭问题进行综述,重点介绍催化剂积炭失活原因及表征方法、积炭的影响因素分析（催化剂结构、催化剂酸性与反应温度）、抑制催化剂积炭的方法 （催化剂改性、高压反应条件等）以及积炭催化剂再生方法 （氧化灼烧再生、臭氧低温再生、非热等离子体再生等）,并介绍了近年来新兴的微波催化热解技术对催化剂积炭的抑制和消除作用,然后针对该领域目前所面临的困难和发展方向进行展望,以期为生物质催化热解过程中催化剂积炭问题研究提供理论基础。     

The pyrolysis of natural gas: A study of carbon deposition and the suitability of reactor materials

This study of methane pyrolysis was designed to look at carbon deposition on the internal reactor and wafer surface during CH₄ pyrolysis. The rate of carbon deposition on the internal reactor surfaces could be reduced with: lower methane/oxygen ratios, shorter residence times, and lower temperatures. The type of carbon formed appeared to have a significant effect on the pyrolysis process. Pyrolytic carbon with a lower order structure produces a higher selectivity for carbon formation compared to carbon with a higher order structure. Form a process perspective, there are two obvious means of addressing this: deposited carbon could be regularly removed; and/or pyrolysis conditions are selected that produce carbon with a higher order structure. From the results, it is very clear that any development of a commercial process for natural gas pyrolysis in ceramic reactor systems would have to carefully address the selection of reactor material. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 65: 1035–1046, 2019     

镍催化制备炭/炭复合材料

利用催化化学气相沉积法制备炭／炭复合材料，研究了反应温度、前驱体气体含量、催化剂含量和时间对所制备的炭／炭复合材料密度的影响，采用扫描电镜观察分析了基体碳的形貌。结果表明，利用催化剂镍可制取密度达1．594g／cm^3的炭／炭复合材料，并有晶须状基体碳生成。在各种工艺参数中，对炭／炭复合材料的密度影响最大的是温度和前驱体气体，其次为催化剂含量，最后是时间。     

Study on preparation and desulfurization characteristics of biomass activated carbon by microwave heating CO2 activation method

Taking soybean straw rich in nitrogen-containing functional groups as the raw material precursor, combined with the special advantages of microwave heating, microwave heating technology is applied to the pyrolysis and activation process of soybean straw. The pyrolysis solid product is used as the activation raw material, and CO₂ is used as the activator to study the preparation of activated carbon, in order to prepare the biomass activated carbon with high desulfurization performance. First, the optimal activation level was obtained by orthogonal experimental design and range analysis. Then, the effects of microwave power, CO₂ flow rate and activation time on the yield, pore structure and desulfurization performance of activated carbon were investigated by single factor experiment. The optimal activation conditions were selected by comparative analysis: microwave power 900 W, CO₂ flow rate 0.10 L/min, activation time 20 min. Under these conditions, the yield of activated carbon is 76.3%(mass), the SO₂ adsorbance quantity is 112.56 mg/g, specific surface area is 466.28 m²/g. Compared with pyrolytic carbon, activated carbon has larger specific surface area and more abundant pores and significantly improved desulfurization performance.     

煤基碳纳米管制备技术和生长机理研究进展

我国煤炭资源丰富,但现阶段以燃烧、热解和气化等为主的传统利用方式存在资源浪费、环境污染和经济效益低等问题,且我国以煤炭资源为主题的能源结构在短期内不会发生改变,因此,清洁、高效利用是新时期煤炭资源的立足点和首要任务。另一方面,碳纳米管因其独特的一维结构在力学、电学和热学等方面具有优异的特性,使其在复合材料、电子材料和能源材料等领域具有广泛的应用,但是碳纳米管制备成本偏高的问题较为突出,严重限制了其大规模的应用,现阶段急需开发新型、环境友好的碳纳米管制备技术。宏量、低成本的煤基碳纳米管制备技术可以同时较好地解决上述2个问题。笔者基于文献重点分析了反应原料、放电气氛和催化剂等因素对电弧放电法和等离子体射流法2种煤基直接制备碳纳米管技术的影响,讨论了原料种类、催化剂、反应温度、升温速率和反应气氛等因素对化学气相沉积法-煤基间接碳纳米管制备技术的影响过程。分析发现,在电弧放电法和等离子体射流法中,原料种类对碳纳米管产物的产量具有重要作用,放电气氛对碳纳米管产物的类型具有重要影响,催化剂对碳纳米管产物产量和类型均具有重要影响;在化学气相沉积法中,原料种类对碳纳米管产物形貌、长径比和有序度等性质具有重要影响,催化剂对碳纳米管产物的生长过程具有重要影响,反应温度和升温速率对碳纳米管产物的管径变化和类型具有重要影响,反应气氛可改变催化剂的催化效果。此外,总结了煤基碳纳米管直接和间接制备技术中碳纳米管的生长机理的类型及特点:其中,直接制备技术中碳纳米管生长过程符合碎片式生长机理,而间接制备技术中碳纳米管生长过程可分为气-液-固(VLS)、气-固-固(VSS)、气相成核(VPN)和阶梯式等类型。分析认为应当深入开展以下工作:探究煤、煤热解气和商业煤气等廉价原料制备碳纳米管的过程,进而建立和完善原料与碳纳米管产物之间的关系体系;开发新型、高效的煤基碳纳米管催化剂制备技术;建立新的碳纳米管生长模型,进一步丰富和完善碳纳米管生长模型体系。     

微波加热CO2活化法制备生物质活性炭及其脱硫性能研究

以富含含氮官能团的大豆秸秆为原料前体,结合微波加热的特殊优势,将微波加热技术应用于大豆秸秆热解和活化工艺。以热解固体产物为活化原料,以CO₂为活化剂进行活性炭制备研究,以期制备出高脱硫性能的生物质活性炭。首先通过正交实验设计及极差分析得出最优活化水平,再通过单因素实验法考察微波功率、CO₂流量和活化时间对活性炭产率、孔隙结构以及脱硫性能的影响。对比分析选出最佳活化条件为微波功率900 W,CO₂流量0.10 L/min,活化时间20 min。在此条件下活性炭产率为76.3%（质量）,SO₂饱和吸附容量为112.56 mg/g,比表面积为466.28 m²/g。相比热解炭,活性炭的比表面积更大,孔隙更加丰富,脱硫性能显著提高。     

Contribution to the study of carbon deposition in coke ovens

The formation of carbon deposits from coal pyrolysis in a two-stage reactor has been studied for several cracking temperatures from 850 to 1000 °C. The weight of the carbon deposit was monitored continuously during pyrolysis by a thermogravimetric balance. Four successive periods of deposition can be distinguished:

1. (1) no weight uptake;

2. (2) a slow increase in weight;

3. (3) a sharp increase in weight;

4. (4) constant weight.

From the data, three distinct deposition rates have been calculated at different cracking temperatures: germination rate, growth rate and overall deposition rate. The general tendency is an increase in all three deposition rates with temperature. Scanning electron and polarized light micrographs of these deposits show that they have a laminar structure. There are two (sometimes three) cone layers, the first being formed during the liberation of water contained in the coal charge, indicating that water plays the role of an inhibitor in the formation of carbon deposits. The structure of the deposits is independent of the temperature at which deposition takes place. The mechanism of this carbon formation is discussed.     

调控炭化过程优化煤基硬炭负极储钠性能

我国煤炭资源丰富多样、价格低廉、分布广泛,将煤转化为新材料,是提高其附加价值和技术含量的有效途径。煤含碳量高、芳环结构丰富,热解炭化可制备钠离子电池硬炭负极材料。以新疆烟煤为碳源,采用低温热解复合高温炭化的两步过程,并调控相应工艺条件,研究了烟煤中间相的发展过程对硬炭结构及其储钠行为的影响。经研究发现,改变低温热解的温度区间、载气流速和升温速率,可以调节胶质体生成阶段内的分解和解聚反应,调节挥发分生成和逸出以及胶质体固化等过程进行的程度,从而调控硬炭的比表面积和石墨化程度等。在温度区间为350~550℃、载气流速为60 ml·min^-1、升温速率为1℃·min^-1条件下,炭化得到的硬炭负极可逆比容量和首周库仑效率最佳,在0.02 A·g^-1的电流密度下分别达到314.3 mA·h·g^-1和82.8%,良好的性能归因于煤基硬炭材料中有序结构和缺陷结构的协调和平衡。     

热解温度对竹粉炭理化结构及燃烧性能的影响

利用自行设计搭建的流化床-回转炉两级连续式热解装置对竹粉进行热解炭化,考察流化床一级热解温度（300～800℃）对竹粉热解炭理化结构及燃烧性能的影响规律。结果表明,由于回转炉二次热解过程的存在,使得流化床热解温度对竹粉炭元素组成的影响减弱,碳元素质量分数介于71.19%～78.41%间,随热解温度增加,竹粉炭中挥发分含量降低,灰分呈现增加趋势,固定碳含量相对稳定;扫描电镜结果显示热解温度在300～500℃时,热解炭呈现规则的孔隙结构,同时可保持原料的骨架结构,随着热解温度继续升高,竹粉炭骨架结构被破坏,产生断裂坍塌的现象,比表面积和总孔孔容在700℃热解温度时达到最大,分别为2.53m²/g和0.012cm³/g。利用拉曼光谱和X射线光电子能谱法对热解炭表面化学结构分析,表明较高的热解温度促进了小芳环体系聚合转变为大的芳环结构,有利于脱氢脱羧及芳构化进程。热重-红外联用分析表明竹粉热解过程中气体释放相对含量较多的三类物质分别是CO₂,烷烃、酚类、醇类,以及醛、酮、酸类等有机成分。热解炭样品的燃烧基本仅呈现出固定碳燃烧阶段,热解温度为600℃左右时,所得竹炭综合燃烧特性较好。