质子交换膜燃料电池用炭纤维纸的制备和表征

采用干法成型技术制备聚丙烯腈(PAN)基炭纤维纸坯体,将其经树脂浸渍、热压、炭化、石墨化处理后制备成轻量化炭纤维纸。利用扫描电子显微镜(SEM)观察炭纤维纸及坯体的显微结构,利用X射线衍射仪测试不同温度处理后的石墨化度,并利用四探针法测试炭纤维纸的导电性能,透气性采用压差法进行测试。结果表明:石墨化温度是影响炭纤维纸电阻率的关键因素,而密度对电阻率的影响较小;透气性随厚度和体积密度的增加而降低;制备的炭纤维纸厚度为0.11mm、密度为0.65g/cm3,将其经2000℃石墨化处理后,采用Pt载量0.5mg/cm2的Core112CCM为膜电极,在H2与空气的流量比为1.2-5、温度60℃、常压条件下进行单体电池性能测试,电流密度为500mA/cm2时输出电压为0.6V,电池输出性能较好。     

CVI热解炭微观结构的参数控制研究

化学气相渗透(CVI)制备炭/炭复合材料涉及气体扩散和气相沉积2个过程,其工艺控制决定炭纤维坯体的增密速度、热解炭的结构和炭/炭材料的性能.工艺过程的控制主要有4类参数:第一参数包括沉积温度、系统压力、碳源浓度、碳源分压等,第二参数包括均相反应、异相反应和滞留时间等,第三参数为A_s/V_R,也就是沉积基体的表面面积与炉内气体的自由体积之比,以及目前以计算机模拟为主要手段的"第四参数"的研究.在固体表面沉积热解炭的科学研究已经持续了几十年,但至今为止还没有形成一种完善的表面沉积机理,分析了CVI工艺参数发展的趋势,说明了对热解炭微观结构形成机理的认识是一个不断深入的过程.     

以丙烯为碳源气的热解炭的制备及其沉积机理分析

以等温法进行化学气相沉积(CVD),研究了过程参数(反应温度、碳源气浓度以及炉内气体的滞留时间)对热解炭结构的影响.实验表明,以丙烯为碳源气,保持炉内气体的流动为层流运动方式,在中等温度(880℃)、中等滞留时间(2.19s)以及碳源气与载气体积比为1:3时,能得到粗糙层(RL)结构的热解炭;碳源气裂解为小分子后,在气相中通过加成、聚合、脱氢环化等反应生成苯及含有六元环的芳香烃,才能沉积得到结构较好的热解炭.     

Ni对C—B4C—SiC复合材料显微结构与性能的影响

本文研究了烧结助剂Ｎｉ对Ｃ－Ｂ４Ｃ－ＳｉＣ复合材料显微结构与性能的影响。Ｘ射线衍射表明Ｎｉ在烧结温度下与ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ发生反应在晶界生成Ｎｉ４．６Ｓｉ２Ｂ，并产生液相，有效地促进了Ｃ－Ｂ４Ｃ－ＳｉＣ复合材料的烧结，抑制了晶粒的长大，使复合材料密度与强度大幅度地增加，电阻率下降；同时Ｎｉ４．６Ｓｉ２Ｂ在氧化时生成致密的２ＮｉＯ．Ｂ２Ｏ３，包裹了易氧化的Ｂ４Ｃ和Ｃ，有效地防止了复合材料的氧化，从而大大     

C／C—ZrC复合材料高温氧乙炔焰烧蚀性能及机理研究

采用基体改性技术将ZrC引入C／C复合材料中,制备了一种新型的C／C—ZrC复合材料。通过氧乙炔焰烧蚀实验,研究了ZrC含量及烧蚀时间对C／C—ZrC复合材料高温耐烧蚀性能的影响。用XRD和TEM对烧蚀后材料的相组成和微观结构进行了分析,结果表明,ZrC被氧化的主要生成物为ZrO2,伴有少量ZrC和C,含26．46％ZrC的C／C—ZrC复合材料,在氧乙炔焰烧蚀50s后,在材料表面生成致密的ZrO2膜,阻挡了氧对基体的扩散,并有隔热作用,有效保护复合材料被烧蚀和冲刷。实验表明,复合材料在高温氧乙炔焰烧蚀20s后,线烧蚀率和质量饶蚀率分别为0．012mm／s和0．0033g／s,比C／C复合材料分别降低7．6％和50％。     

Mo5Si3-MoSi2/SiC复合涂层的高温抗氧化行为分析

采用化学气相反应法和料浆刷涂反应法,在石墨表面制备了Mo₅Si₃-MoSi₂/SiC复合涂层,借助X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段,研究了涂层的结构;通过恒温抗氧化实验及热力学分析,重点研究了涂层的高温抗氧化行为。结果表明：在1823 K的氧化氛围中,复合涂层中的Mo₅Si₃、MoSi₂组元易氧化生成MoO₃气体并导致涂层失重;而氧化初期(0～6 h)涂层试样的增重则主要与SiC的惰性氧化主导有关。由于复合涂层各组元在高温下都能氧化生成SiO₂玻璃,使涂层具有良好的高温抗氧化及热震性能;经20 h、16次循环热震实验后,涂层试样的氧化失重率只有3.78%。     

碳源及反应温度对碳热还原法制备纳米ZrC形貌与物相的影响

分别用葡萄糖与石墨烯作为碳源,用乙酸锆为锆源,采用碳热还原法制备纳米ZrC和二维片层结构的ZrC,研究碳源与处理温度对ZrC形貌及物相组成的影响。结果表明:以葡萄糖作为碳源时,在1 400℃开始生成ZrC,在1 600℃时完全转变为ZrC纳米晶,粒径为120~220 nm,而以石墨烯作为碳源时,在1 600℃下得到二维片层结构的ZrC,片层厚度约为240 nm。石墨烯不仅作为碳源参与反应,同时为ZrO_2的析出与ZrC的长大提供模板。     

高温热震对具有SiC涂层的C/C复合材料压缩性能的影响

采用化学气相反应法在C/C复合材料表面制备SiC涂层,对SiC涂层C/C复合材料试样进行热震实验。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析等研究涂层的形貌和结构,采用压缩性能试验研究热震次数及热震温度对SiC涂层C/C复合材料试样压缩性能的影响。结果表明:试样的抗压强度在197.9~237.0 MPa之间,平均抗压强度为210.4 MPa。在1 100℃下进行热震实验,抗压强度随热震次数增加呈近似线性降低趋势;当热震次数一定时(15次循环热震),在900~1 500℃温度范围内,抗压强度随热震温度升高逐渐降低。热震温度为1 500℃时,热震后试样的抗压强度略有升高,主要与热震过程中氧化形成的SiO2玻璃的高温自愈合作用有关。     

AIN瓷TiN－Mo金属化方法研究

以Ｍｏ，ＴｉＮ为主要原料，采用金属粉末烧结法在ＡｌＭ瓷表面实现了金属化。探讨了金属化的工艺条件，运用ＸＰＳ，ＸＲＤ，ＳＥＭ等现代分析技术研究了界面现象及粘附机理。研究表明：液相的扩散、渗透，特别是ＡｌＮ瓷坯中的液相向金属化层的渗透是金属化层与ＡｌＮ瓷结合的主要原因。体积配比为７５％ＴｉＮ，２５％Ｍｏ及适量烧结助剂，烧结温度为１８００～１８５０℃，气氛为氮气（９０％）和氢气（１０％）的适宜条件下，获得了结合强度达４０ＭＰａ的良好金属化结合层。