热解炭的化学气相沉积机理和组织形貌

以石油液化气作为沉积气体，在900～1300℃温度内研究热解炭在炭纤维上的沉积机理及组织形貌。研究发现：热解炭在纤维表面上通过形核、长大，大晶粒吞并小晶粒的过程，形成宏观上均匀平整而微观上呈球状突起的表面形貌。热解炭以层状微晶(主导)和球状微晶(辅助)两种模式同时生长，最终得到层状结构。在微观上热解炭由若干个的炭层组成，每一层的炭层内含有若干小的并与微晶尺寸相当的亚层。热解炭中的微晶排列不规整，层状和球状微晶均可通过位置的移动调整和脱氢来优化结构。     

化学气相沉积热解炭机理及其化学动力学

综述了化学气相沉积热解炭的沉积机理、化学动力学的发展状况及一些基本理论问题，着重介绍了K.J.Huettinger等提出的沉积模型。     

CVD制备各向同性热解炭的微观结构表征及沉积机制研究

利用化学气相沉积设备及自行设计的沉积室,以高纯石墨为沉积基体,天然气为前驱体,沉积温度1200℃,在不同气体流量下(0.10,0.15,0.20m3/h)制备出了各向同性热解炭块体材料。利用XRD、Raman、SEM、TEM分析手段对材料的微观结构进行了研究。结果表明:各向同性热解炭由粒径为1.5～2.5μm的颗粒组成;热解炭微晶的Lc和La随着气体流量的增加而增大;TEM中选区电子衍射图谱中d002环为圆环,取向角为180°,定量地揭示制备的热解炭为各向同性。     

热解炭制品的显微硬度

本文简述了热解炭制品的显微硬度的测量方法、同时还探讨了测试面上硬度值分布与热解炭沉积时工艺参数间的关系。     

炭/炭复合材料化学液气相沉积致密化技术研究

介绍了炭/炭复合材料化学液气相沉积工艺的基本原理.化学液气相沉积工艺与热梯度化学气相沉积工艺在本质上是相同的,不同之处是化学液气相沉积用液态烃作前驱体,提高了原料的利用率,加快热解炭沉积的速率.研究了不同沉积温度对炭/炭复合材料微观组织结构的影响.采用偏光显微镜观察了材料的粗糙层、光滑层热解炭微观组织结构.研究发现用环己烷作前驱体当沉积温度为1 100℃时可以得到粗糙层结构的热解炭.     

CVD沉积密度对2-D炭/炭复合材料力学性能的影响

将CVD法增密至1.34g/cm^3和1.61g/cm^3的两组试样热处理后进行力学性能测试，作为对比，将另外两组起始密度相近的样品经过树脂补充增密至1.80g/cm^3以上，经热处理后也作了力学性能检测。检测结果发现，对纯CVD法增密的试样来说，密度高的样品的力学性能值也较高；树脂浸渍补充增密后，样品的和力学性能明显优于纯CVD的低密度试样，浸前CVD起始密度高的样品的力学性能值也相对较高。对材料的力学性能初步分析认为，C／C复合材料的力学性能和失效方式不仅受材料密度的影响，而且也受基体炭种类，性质，如可石墨化，热处理温度等因素影响。相同条件下，石墨化度高的样品力学性能值偏低。     

热解炭微观结构对炭/炭复合材料力学性能的影响

以PAN基针刺纤维毡为基体,采用等温化学气相渗透技术,在温度1000℃、压力5.0~20.0 kPa条件下制备了2种具有不同微观结构热解炭的炭/炭复合材料,研究了其力学性能与热解炭微观结构的关系. 结果表明,压力8.0 kPa下得到的具有单一低织构热解炭的炭/炭复合材料的断裂强度较高,为86±3 MPa,热解炭与炭纤维间界面结合紧密,加载过程中二者同时断裂,呈现明显的脆性断裂行为;压力10.0~20.0 kPa下得到的具有中织构-高织构-中织构热解炭的炭/炭复合材料的断裂强度稍低,为82±4 MPa,加载过程中材料内部不同织构热解炭间多层次界面通过改变裂纹扩展路径而延缓其扩展速度,断口形貌呈现锯齿状,表现出假塑性断裂特征.     

化学气相沉积炭/炭复合材料研究进展

炭/炭复合材料被成功用于许多领域,主要用作抗烧蚀、热防护和刹车材料,如飞机的刹车盘、导弹的头锥等.化学气相沉积是制备炭/炭复合材料的关键技术,本文阐述了炭/炭复合材料化学气相沉积工艺原理,论述了化学气相沉积热解炭机理的研究现状,介绍了不同种类化学气相沉积工艺的特点,以及化学气相沉积工艺计算机数值模拟技术的研究进展.提出了炭/炭复合材料化学气相沉积技术的研究方向和发展趋势.     

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。     

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.     

酸性糠醛残渣热解实验及热解炭性能研究

为解决糠醛渣的堆放及资源的合理利用,以糠醛渣为研究对象,分别在同步热分析仪及管式炉上进行热解实验研究,主要考察热解终温、升温速率、碳酸钠含量对糠醛渣热解产物分布及热解炭性能的影响。同步热分析仪分别以10—40℃/min的升温速率升高到850℃(10℃/min添加碳酸钠);管式炉上以10℃/min的升温速率到达热解终温300—600℃。结果表明:热重分析确定热解失重过程为干燥段、挥发分逸出段、热解炭化段3个阶段,确定主要热解温度区间为300—600℃。添加碳酸钠后抑制水分的析出,失重变化率峰值变大,表明碱金属钠盐促进纤维素的分解。随着热解温度的升高热解碳的p H值逐渐增大,热解温度为400℃时达到最高的亚甲基蓝脱色率44.4%。热解炭可进一步用于活性炭染料吸附。     

化学液气相沉积制备炭/炭复合材料的机理及研究进展

介绍了化学液气相沉积研究开发的背景、工艺设备装置及沉积机理；分析了该工艺的实质；概述了该工艺存在的问题及国内外对该工艺的研究进展。     

温度对CLVD致密化工艺中毡基C/C复合材料性能的影响

对不同温度下化学液气相渗透工艺（CLVD）制备的C／C复合材料物理性能和力学性能变化进行了研究，揭示了温度在此工艺中的关键作用以及对材料性能的影响，在850℃－1100℃，C／C复合材料的质量增加，表观密度及总孔隙率均随时间呈线性变化；其化学反应的活化能为117．4kJ/mol，说明沉积化学反应成为控制反应机制，三点弯曲测试表明，C／C复合材料弯曲强度在此区间内随温度升高先增大后减小，弯曲模量却一直减小，这主要是材料中缺陷多少和分布均匀性以及材料微观结构变化造成的。     

探究不同热解方式制备生物质炭基肥

将秸秆原料经过不同热解温度和肥料配比处理,比对产品PH值、有机质等理化指标,结论:400℃处理的生物质炭可做有机肥使用,500℃处理的生物质炭可用于重金属吸附剂,600℃处理的生物质炭可做土壤改良剂作用于酸性土壤.     

大型整体毡炭/炭复合材料的密度分布及影响

研究了采用化学气相沉积(CVD)和树脂浸溃／固化／碳化相结合的致密工艺制备的大型整体毡炭／炭复合材料的密度、开孔率及压缩强度的分布状况，分析了致密化工艺中存在的可能造成这种分布现象的因素并讨论了密度分布可能带来的影响。     

低温各向同性热解炭的微观结构

采用流化床化学气相沉积工艺可制备低温各向同性热解炭,沉积工艺参数变化导致沉积的炭材料微观结构呈现多样性,不同结构炭的物理和力学性能会有很大差异.本文列举了高密度和低密度低温各向同性热解炭,分别对它们在扫描和透射电镜下的微观结构特征进行了综述.通过归纳分析,对低温各向同性热解炭的微观结构有了较为系统地认识,在此基础上对低温各向同性热解炭的研究发展方向进行了展望.     

液相法快速制备炭/炭复合材料的动力学及微观结构研究

以航空煤油为前驱体,普通炭毡为预制体,采用液相法快速制备出了炭/炭(C/C)复合材料(150mm×80mm×15mm),系统压力:0.1MPa,沉积温度:980～1180℃。对制备过程的动力学及微观组织结构进行了研究,并初步提出了以航空煤油为前驱体的液相法的沉积模式。研究结果表明:其表观活化能为30.31kJ/mol,沉积速率最快可达0.222g·cm-3·h-1,比传统等温CVI工艺快了近2个数量级;致密化初期,沉积过程受控于化学反应动力学,沉积速率很快,而在致密化中、后期,由于反应气体的传输受到限制,且预制体的表面活性位增加,沉积速率下降,试样的沉积主要包括其内部孔隙的致密和外表面的沉积两部分;沉积温度对致密化过程起着很重要的作用,在1080℃,样品的沉积过程受传输限制的影响最小,孔隙沉积速率最大,可以在10h内将样品的密度从0.167g/cm3提升到1.7g/cm3,致密化结构最均匀,且以RL组织为主,沉积温度偏低或偏高都会降低其沉积速率,且有SL及ISO组织生成。     

炭/炭复合材料致密化工艺研究现状

综述了炭/炭复合材料制备过程中所采用致密化工艺的研究现状,详细分析了液相浸渍和化学气相渗积(CVI)的工艺原理。液相浸渍工艺需要进行多次反复浸渍,较为繁杂;等温CVI工艺简单、产品性能稳定,但制备周期长、效率较低。在此基础上发展了强制流动热梯度CVI、感应加热梯度快速致密化技术、等离子体增强CVI、直热式化学气相渗积法(HCVI)等工艺,本文同时对这些工艺的原理及优缺点进行了阐述。     

炭/炭复合材料CVI致密化影响因素的研究

致密化工艺是C/C复合材料制备的关键,其直接决定材料的性能。重点综述了CVI工艺因素如滞留时间、气体分压、沉积温度和时间对致密化的影响,简要介绍了从传统CVI法发展起来的改进的CVI法、预制体结构对致密化的影响。对上述致密化影响因素进行评述的同时,提出了目前这种通过改善工艺参数来提高致密化效果的方法所存在的问题,指出了未来应重点努力的方向。     

热解炭的微观结构及其测试方法

主要介绍了利用正交偏光显微镜（PLM）、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和喇曼光谱（RS）等测试方法,对采用化学气相沉积（CVD）法制备的C/C复合材料的热解炭的表面微观形貌、沉积炭层间距d002、微晶尺寸Lc及其石墨化度等参数进行表征和测量,从而判断沉积的热解炭的织构类型（光滑层、粗糙层和各向同性炭）,并且分析了上述各种测试手段的优缺点。