预炭化过程中升温速率对碳纤维结构与性能的影响

借助13C核磁共振波谱（13C-NMR）,X射线衍射（XRD）,拉曼光谱（Raman）等表征手段,研究了预炭化过程中聚丙烯腈基热氧稳定化纤维的热化学反应以及微观结构的变化,且重点研究了预炭化过程（400~800 ℃）升温速率对纤维热应力、结构、力学性能的影响。结果表明：随着预炭化升温速率的提高,纤维类石墨层间距 d₀₀₂ 呈现出先减小后增大,晶区堆叠厚度 L_c 呈现出先增大后减小的的趋势;与之相对应的纤维拉伸强度和拉伸模量则呈现出先增大后减小的变化;当升温速率达到132 ℃/min时, d₀₀₂ 和 L_c 分别出现最小值和最大值,此时所得碳纤维的力学性能最高。     

高炉炉缸凝铁层物相分析

在高炉炉缸破损调研的基础上对高炉炉缸耐火材料热面凝铁层进行取样,利用扫描电子显微镜、物相分析等分析手段揭示了凝铁层的物相组成,并运用Thermol-calc热力学计算软件结合TCFE8数据库对铁水中石墨碳的析出温度及析出相分数进行了计算,最后揭示了炉缸凝铁层物相的形成机理.结果表明,高炉炉缸凝铁层主要由Fe相和石墨碳相交替分布组成,铁水成分对石墨碳析出温度影响较大,石墨碳析出温度远高于铁水凝固温度,铁水中C、Si元素含量对石墨碳析出相分数影响较大,而石墨碳析出相可增大铁水黏度11.9%.凝铁层中石墨碳的析出主要是由于Fe-耐火材料界面温度低于石墨碳析出温度,使得铁水中C不断向耐火材料热面迁移,进而形成Fe-C交替的分层结构.     

负载纳米铁颗粒的碳纳米球的制备及磁性能研究

采用喷雾催化热解法制备出负载纳米铁颗粒的碳纳米球,研究了氢气流量对其微观结构、晶体结构和磁性能的影响。当氢气流量为3.0L/min时,所制备的碳纳米球具有洋葱状结构,外表面不光滑,其石墨层间距为0.342nm,球体中散布着直径为几个纳米到30nm的纳米铁颗粒;当氢气流量提高到5.4L/min后,所制备的碳纳米球具有光滑的表面,其石墨层间距增大到0.360nm;随着氢气流量的增大,碳纳米球的矫顽力逐渐增大,饱和磁场强度和剩余磁场强度则逐渐降低。     

不同石墨化程度碳纤维表面电化学氧化特征研究

对不同石墨化程度的碳纤维进行表面电化学氧化处理,利用XPS、Raman和XRD研究了其表面氧化的特征和规律性以及碳纤维表面结构变化对碳纤维电化学氧化行为的影响,利用层间剪切测试（ILSS）分析了不同石墨化程度碳纤维复合材料的界面性能。结果表明：碳纤维经电化学氧化后,表面O、C原子个数比有增大的趋势,随碳纤维石墨化程度的提高,其增大的幅度越来越小;相同电流密度下,随石墨化程度的提高,碳纤维表面对电化学氧化的反应性减弱;不同石墨化程度的碳纤维经电化学氧化后,表面化学官能团以及ILSS的变化趋势均不同。不同石墨化程度碳纤维表面碳结构状态的不同是造成这些变化的根本原因。     

同步硝化反硝化脱氮及处理过程加N2O的控制研究

由于水体富营养化和温室气体控制的需要,使得具有高效率脱氮,同时N2O逸出最少化的水处理技术的研究开发变得十分迫切。8本文报道了采用新型同步硝化反硝化工艺（SND）的研究成果,与传统顺序式硝化反硝化（SQND）技术相比,SND工艺的脱氮与SQND的效率相近,可随溶解氧浓度降低而提高,但N2O逸出量显著降低,且碳氮比的提高可进一步减少N2O的排放。     

炭化对聚丙烯腈/酚醛基炭/炭复合材料结构和力学性能影响

由湿法叠涂制得的聚丙烯腈(PA N )/酚醛基碳/碳(C/C )复合材料在高性能结构材料领域具有应用潜力.为了了解炭化步骤对聚丙烯腈/酚醛基碳/碳复合材料结构和力学性能的影响 ,进行了层间断裂韧性(模式Ⅱ)测试.由于结构特征与裂纹形成机理的相互关系对C/C-SiC复合材料的制备很重要 ,采用阿基米德方法、扫描电子显微镜(SEM )和三点弯曲试验对复合材料的结构进行表征.实验结果显示 ,碳/碳(C/C)试件的层间断裂韧性为碳纤维增强酚醛塑料(CFRP)试件的59.7%.     

Nir2碳端结构域的晶体结构

Nir2蛋白具有多个结构域，在生物体中可能发挥多种生理功能。本实验用MAD软件对大肠杆菌BL21（plys）原核表达的Nir2蛋白碳端进行了晶体结构分析。结果显示，硒蛋氨酸取代蛋白晶体及未取代蛋白晶体同属空间群P212121,晶胞参数a=109.468 Å, b=120.621 Å, c=70.315 Å，分辨率分别为2.2 Å和2.7 Å。一个不对称单位含有三个分子，含水量为48%。Nir2蛋白碳端由C片层和N片层构成，其中C片层与钙ATPase的催化区域P相似，N片层为许多不相关的功能性蛋白所共有。研究证明二者之间的静电作用是影响Nir2蛋白碳端与Pyk2 FERM区域结合的主要因素。该晶体结构的分析结果为进一步研究Nir2蛋白碳端的潜在功能提供了结构基础。     

PAN基碳纤维微结构特征的研究

利用X射线衍射（XRD）,拉曼光谱（Raman）对几种高性能聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的微观结构进行了研究,并初步讨论了微观结构对碳纤维机械性能的影响机理。研究结果表明：高强（T系列）碳纤维的微晶约由5～6层石墨平面组成,高强高模（MJ系列）碳纤维的微晶约由10～20层石墨平面组成;晶区取向度是影响碳纤维模量的主要因素,影响碳纤维强度的主要因素随石墨化程度的不同有所改变。     

石墨靶材电流对Ti(C, N)多层膜微观组织及力学性能的影响

采用反应非平衡磁控溅射技术制备了Ti（C,N）多层膜,其中以石墨靶材作为镀层生长所需的碳源。实验研究了石墨靶材电流变化对Ti（C,N）多层膜微观组织、力学性能以及摩擦性能的影响。采用X射线衍射仪及透射电子显微镜观察分析了多层膜的相组成与微观组织;使用维氏显微硬度计及销盘试验机分别测试了多层膜的显微硬度与摩擦系数。研究结果表明,所制备的Ti（C,N）镀层不仅具有多层结构而且镀层内还存在大量的纳米柱状晶粒。Ti（C,N）镀层内晶粒尺寸随石墨靶材电流的增加而逐渐减小而多层周期厚度随着石墨靶材电流的增加而增大。镀层...     

钢铁材料中刃位错与溶质原子的交互作用

通过计算机编程建立了钢铁中铁素体相中的1/2[1 1 1]刃位错的原子结构模型,用实空间的连分数方法计算了碳、氮及合金元素在完整晶体及位错区引起的总结构能和环境敏感镶嵌能,讨论了碳、氮及合金元素在位错区的偏聚及交互作用.计算结果表明:轻杂质C,N易偏聚于位错芯处;强、中碳化物形成元素(Ti,V,Nb,Cr)易偏聚于刃位错线上,非碳化物形成元素Ni偏聚于位错线下方的弹性扩张区;轻杂质加剧强碳化物形成元素在刃位错区的偏聚,当温度下降使得C,N及合金元素的浓度超过其最大固溶度时,钢铁中刃位错区将有C,N金属间化合物脱溶,这些化合物会阻碍位错的运动,起到第二相粒子的强化作用.     

电沉积Fe-P合金镀层催化碳纤维石墨化研究

研究了电沉积Fe-P合金镀层对碳纤维的催化石墨化效果以及镀层组成对催化石墨化温度的影响.采用X-射线衍射、拉曼光谱及扫描电子显微镜等方法表征了空白样碳纤维与含Fe-P合金镀层碳纤维经不同温度热处理后的结构变化.研究结果表明,Fe-P合金对碳纤维的石墨化具有显著的催化效果.含Fe-P合金催化剂(P质量分数为7%)的聚丙烯腈基碳纤维经1 000℃热处理后,其石墨化度可达到71%,而不含Fe-P合金的空白样碳纤维经2 800℃热处理后石墨化度仅为30.1%,Fe-P合金催化剂大幅度降低了碳纤维的石墨化温度.同时,碳纤维的石墨化度随着Fe-P合金催化剂中P质量分数的增加而增大;随着Fe-P合金电沉积时间的延长而增大,直到镀层厚度达到一定值.本文还就Fe-P合金对碳纤维的催化石墨化机理进行了讨论,结果表明Fe-P合金对碳纤维的催化石墨化遵循溶解-析出机理.     

金属离子对PAN基碳纤维结构和性能的影响

采用浸渍的方法,将钠、铁离子引入聚丙烯腈(PAN)纤维。经预氧化、低温碳化后,分别在1200、1300、1500℃温度下,对PAN纤维进行高温碳化处理。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、体密度、力学性能等测试手段研究了金属离子对PAN基碳纤维结构和性能的影响。结果表明,添加金属离子后,1500℃处理的碳纤维(002)面的层间距减小,碳纤维的抗拉强度降低,碳纤维的弹性模量增加;碳纤维横断面结构尺寸大小不一,结构疏松。金属离子的加入,一方面能促进碳纤维的乱层结构向石墨结构的转变,弹性模量增加;另一方面使碳纤维的缺陷增加,抗拉强度降低。     

电沉积钇对PAN基炭纤维的催化石墨化

在硝酸钇的乙醇溶液中将钇电沉积于PAN基炭纤维上,采用扫描电子显微镜对炭纤维表面电沉积钇的表面形貌进行了观察.通过钇的电沉积电量来调节钇在PAN基炭纤维表面的担载量,采用X射线衍射分析仪考察了不同钇担载量对不同热处理温度下PAN基炭纤维的催化石墨化效果,通过Scherrer和Bragg方程分别计算了石墨表观微晶尺寸(Lc)和(002)面的层间距(d002).结果表明,钇电沉积层对PAN基炭纤维具有明显的催化石墨化作用,在钇担载量为20%、热处理温度为2 400℃时,层间距d002值最小,为3.362,相应的石墨化度为90%.钇对PAN基炭纤维的催化石墨化机理遵循碳化物分解和碳的熔解析出机理.     

PAN基炭纤维高效催化石墨化研究

通过在磷酸和钼酸钠水溶液中交替直流电解,实现磷-钼元素催化剂在PAN基炭纤维上的沉积和分散,以促进其石墨化,考察了热处理温度和电解液中钼酸钠浓度对PAN基炭纤维催化石墨化的影响.催化剂的担载状况、纤维的形貌和结构变化等分别通过能量散射谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)进行分析和表征.结果表明:通过交替直流电解处理,可以有效地破坏炭纤维的组织结构,并同步实现催化剂在炭纤维上的分散和沉积,促进了PAN基炭纤维的催化石墨化.交替直流电解处理过的炭纤维经2 400 ℃热处理后,其石墨化度高达99%,微晶尺寸(L_c)为38 nm.     

炭化气流诱导效应对聚丙烯腈基碳纤维微观结构和力学性能的影响

采用广角X射线衍射(WAXD)、气相色谱(GC)、元素分析(EA)、扫描电子显微镜(SEM)等表征手段定量分析了炭化气流诱导效应对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维聚集态结构及力学性能的影响。结果表明,PAN基碳纤维密度与炭化气流具有显著关联性,逆向气流可有效提高纤维密度,改善致密性;PAN基碳纤维的晶区含量同时取决于晶粒的大小和数量,逆向炭化气流有利于小晶粒的形成和晶区含量的提高,并对孔隙的形成具有抑制作用。保持炭化逆向气流比为3时,所得PAN基碳纤维的微晶尺寸(1.52nm)较小,晶区含量(35.2%)最高,孔隙率(16.2%)较低,此时拉伸强度(4.03GPa)最高,比正向气流条件下制备的PAN基碳纤维的拉伸强度提升了35.7%。     

碳纤维催化石墨化的研究概况

论述了催化剂种类、含量及石墨化温度三因素对碳纤维催化石墨化反应的影响。以非金属元素硼、硅为例,从催化作用机理方面阐述了碳纤维在催化石墨化过程中微观结构的变化及宏观力学性能的改变,并对催化石墨化技术的研究发展进行了展望。     

预氧结构对聚丙烯腈基碳纤维致密结构的影响

利用TG,Raman,EA,XRD,NMR等分析手段,研究了预氧纤维在碳化过程中的结构转变。研究结果表明：碳纤维体密度随预氧纤维体密度的升高呈下降趋势;预氧纤维中的含氧量会影响碳纤维的致密结构,氧元素的脱除影响碳纤维非晶区结构的交缠程度进而影响碳纤维体密度,碳纤维体密度随预氧纤维的含氧量增加而降低。通过碳纤维致密结构与预氧纤维结构的相关性分析,初步建立了两者之间的关联关系。     

脉冲电流对球墨铸铁退火组织与性能的影响

在球墨铸铁的高温石墨化过程中采用脉冲电流为辅助手段,研究了脉冲电流对退火处理球墨铸铁力学性能以及渗碳体的石墨化、铁素体转变的影响.经脉冲电流处理后,球墨铸铁的硬度、抗拉强度降低,延伸率增加.SEM分析表明,脉冲电流加速了球墨铸铁的高温石墨化过程,促进了铁素体的转变.脉冲电流处理后石墨形核率的增加是加速渗碳体分解和铁素体转变的主要原因.