采用微正压CVD法制备块体各向同性热解炭

以丙烯作为碳源气体,氮气和氢气作为载气和稀释气体,采用自行设计的化学气相沉积(CVD)炉,设计特殊的发热体,利用微正压化学气相沉积法制备块体各向同性热解炭材料.对制备的材料取样分析,利用排水法测量样品的表观密度;通过金相显微镜表征材料的组织结构和表面形貌:利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜表征材料的微观结构和断口特征.提出了一种新的各向同性热解炭的沉积机理即电磁场流态化沉积机理.研究结果表明:在1 000～1 300℃沉积10~40 h,可得到密度为1.73~1.93 g/cm3、厚度为5～15mm的各向同性热解炭材料块体,主要由球形颗粒状热解炭组成,结构致密,孔隙较少,分布均匀,热解炭颗粒之间产生融并现象.     

微正压ICVI制备C/C复合材料的工艺探索

研究了反应气体浓度对微正压等温化学气相沉积制备的C/C复合材料密度和显微结构的影响,结果表明:在微正压和900 ℃的沉积条件下,用丙烯作为碳源、针刺毡作为预制体,氮气与丙烯的气体流量比为25∶1,经过105 h沉积后,C/C复合材料的密度达到1.52 g/cm3;通过偏光显微镜观察分析发现试样外部除了围绕在炭纤维周围的光滑层外,还沉积了大量的再生结构热解炭,试样内部主要以光滑层结构为主.图7,参12.     

粘结剂炭的结构与抗氧化性

研究了中间相沥青和酚醛树脂粘结剂及其热解炭的抗氧化性，通过X－ray衍射，扫描电镜，粘结剂残炭率及炭真密度测定，综合评价中间相沥青用作镁炭砖粘结剂的可行性，结果表明，中间相沥青的抗氧化明显优于酚醛树脂，中间相沥青炭结构致密，有取向性，呈石墨化炭结构，而酚醛树脂质炭结构疏松，无取向性，呈难石墨化炭结构，中间相沥青残炭率为65．53％，炭真密度为1．91g/cm^3，酚醛树脂残炭率为49．40％，炭真密度为1．73g/cm^3，可以看出，粘结剂炭的抗氧化性取决于它的显微结构。     

锂离子电池用炭负极材料的研究

介绍了中国电子科技集团公司第十八研究所在锂离子电池炭负极材料方面的研究进展．炭材料包括无定形炭和改性天然石墨两种．无定形炭以竹子为原料于1000℃以下通过真空热解制得,介绍了在提高竹炭首次充放电效率方面取得的进展,目前竹炭的首次充放电效率达到85％以上,可逆容量大于450mAh/g,有望获得实际应用．在改性天然石墨研究方面,介绍了在提高振实密度、用沥青热解炭包覆和化学气相沉积炭处理天然石墨等方面的工作进展,现阶段改性天然石墨的综合性能指标和国外同类产品相当,达到了实际应用的要求．     

沉积条件对低温各向同性热解炭形貌的影响

研究沉积温度和丙烷气体体积分数对低温各向同性热解炭(LTIC)形貌的影响,并用成核-生长理论解释材料形貌的成因。该热解炭材料由不同体积分数的丙烷通过准稳态流化床化学气相沉积法(FBCVD)在1 250~1 450℃的沉积温度下得到。研究结果表明:随着沉积温度或丙烷气体体积分数的升高,各向同性热解炭的类球形颗粒状形貌越来越明显,且密度降低,沉积过程由生长模式向成核模式过渡。沉积模式随沉积条件的改变会决定热解炭形貌的改变,而这些变化与气相中形成的线性分子和小分子芳烃与稠环芳香烃(PAHS)的比以及液滴的黏度改变有关。     

炭纤维表面生长纳米碳管对CVI热解炭结构的影响

以单向长纤维预制体为骨架,CO为碳源,Ni为催化剂颗粒,在预制体炭纤维表面催化热解生长纳米碳管(CNT),采用CVI工艺增密,制得含CNT的C/C复合材料,研究纤维表面生长不同加载量的CNT对CVI过程所沉积热解炭微观结构的影响。研究结果表明:由于CNT具有特殊结构,纤维表面适当含量CNT能诱导CVI过程中热解炭的有序沉积,在近纤维层得到高织构度热解炭,改善炭纤维与热解炭的结合状态,拓宽制备粗糙层热解炭的CVI工艺条件范围;但当有过量CNT存在时,由于CNT之间的纠结,反而不利于发挥CNT对热解炭的催化诱导作用。     

纤维体积分数对炭/炭复合材料摩擦磨损性能的影响

通过化学气相沉积法将纤维体积分数分别为23%,30%和40%的3种炭纤雏针刺毡预制件增密至1.50 g·cm-3,再浸渍树脂进一步增密至1.80 g·cm-3,进行热处理后制成炭/炭复合材料,观察3种试样的金相显微结构,测试3种试样在不同刹车压力下的摩擦磨损性能;采用扫描电子显微镜对其磨损表面进行观察.研究结果表明:对于热解炭为非典型粗糙层结构的炭/炭复合材料,纤维体积分数增大,其摩擦曲线相对较平稳,磨损量较大;当纤维体积分数超过30%后,磨损量显著增加;在相同的刹车压力下,纤维体积分数对摩擦因数无显著影响.刹车压力低时试样的摩擦因数比刹车压力高时的摩擦因数大;作为摩擦炭/炭复合材料,纤维体积分数为30%左右较适宜.     

薄毡叠层炭/炭复合材料的高温导热性能

对薄毡叠层结构的炭纤维预制体采用化学气相沉积（CVD）和沥青浸渍增密工艺,制备具有粗糙层热解炭结构和光滑层热解炭与沥青炭复合结构的2种炭／炭复合材料;用JR-3型热物性测试仪测试垂直炭纤维叠层方向室温至800℃的导热性能,并对其导热机制进行分析。研究结果表明：具有粗糙层热解炭结构的样件A的导热系数随温度升高先下降,在400℃后导热系数变化平缓;具有光滑层热解炭及少量沥青炭结构的样件B的导热系数随温度升高先上升,在300℃后导热系数变化平缓;样件A较样件B的导热系数高。2种炭／炭复合材料的导热机理主要由声子导热决定,不同基体炭结构使得2种声子散射机理对导热性能的贡献不一样,粗糙层热解炭结构的样件A的高温导热性能主要由声子间散射路程和比热容的综合作用所决定;光滑层热解炭和少量沥青炭复合结构的样件B的高温导热性能主要由结构不均匀引起的卢子散射和比热容的共同作用所决定。     

毡体密度对C/C复合材料增密和结构的影响

用液化石油气作碳源、针刺炭毡作增强体,在自行设计的多元耦合物理场CVI炉中制备炭/炭(C/C)复合材料,在毡体内部设置石墨纸作发热体,并研究了一次性沉积15 h后,毡体密度对增密速度和材料结构的影响.采用偏光显微镜研究了沉积炭的显微结构,用XRD均峰位法研究了材料的石墨化度,并用排水法测量材料的表观密度.研究表明, CVI工艺增密速度随毡体密度的增加呈下降趋势,而较高的毡体密度有利于获得较高石墨化度的高织构的粗糙层结构(RL)热解炭.图4,参15.     

鸡粪生物炭对萘的吸附性能研究

以鸡粪为生物质原料,采用热分解法在管式炉中氮气氛围下分别于300、500、700℃温度下及在马弗炉中限氧500℃温度下制备生物炭,采用XRD、SEM和FTIR等对所制备的鸡粪生物炭进行表征,研究不同条件下所制备的鸡粪生物炭对萘吸附特性的影响,并探讨鸡粪生物炭对萘的吸附机理。结果表明,鸡粪生物炭具有凹凸不平、不规则表面的无定形炭结构,表面具有—COOH、—OH等多种含氧官能团;随着热解温度的升高,萘在鸡粪生物炭上的吸附量先减小后增加,其中,在700℃热解温度下制备的鸡粪生物炭对萘的吸附量最大;鸡粪生物炭对萘的吸附过程主要为化学吸附,而且是多层吸附,其中,700℃热解温度下制备的鸡粪生物炭对萘的吸附机制主要是疏水作用,而300℃热解温度下制备的鸡粪生物炭对萘的吸附机制主要为分配作用。     

碳/碳复合材料制备方法及其新理论

对制备碳 /碳复合材料的各种方法和过程作了评述 ,包括予制体成型 ,致密化处理 ,液相浸渍工艺 ,化学气相沉积工艺等 ,重点介绍了由德国Karlsruhe大学研究组提出的已为实验所验证的、新的碳沉积理论 ,最后对碳 /碳复合材料在各民用领域的应用趋向作了乐观的展望     

3D C/C复合材料的电弧驻点烧蚀及机理分析

采用电弧驻点烧蚀试验方法,测试细编穿刺毡增强体C／C复合材料的烧蚀率,并采用电子扫描显微镜观察烧蚀表面形貌。研究结果表明:在电弧驻点烧蚀试验条件下,3D C／C复合材料具有较好的烧蚀性能;C／C复合材料的烧蚀过程主要受热化学烧蚀和机械剥蚀2种烧蚀机制的共同作用,二者相互促进,以机械剥蚀为主;微观烧蚀形貌主要由热化学化蚀导致,宏观烧蚀形貌则主要是机械剥蚀所致。     

纤维体积分数对炭/炭复合材料力学性能的影响

以40%,30%和25%3种不同纤维体积分数的针刺整体毡为坯体,经3次化学气相浸渗后制备C/C复合材料;测定其未经热处理与经不同温度热处理后的石墨化度,抗弯、抗剪、垂直与平行抗压强度;在偏光下观察其微观结构;采用扫描电子显微镜对其断口形貌进行观察;研究纤维体积分数与C/C复合材料的力学性能的关系及不同热处理条件下C/C复合材料的断裂机理.研究结果表明:在不同热处理状态下,当纤维体积分数为30%时炭/炭复合材料的抗弯、抗压和抗剪强度均最高;经热处理后的试样,其力学性能降低,断裂方式由脆性断裂转变为韧性断裂;热处理温度越高,其力学性能降低的程度越大.     

填充剂对二维C／C复合材料室温力学性能的影响

主要研究了在CVI法制备C/C复合材料工艺中,热解炭粉、石墨粉、SiC粉填充二维C/C复合材料的力学性能变化规律,详细分析了加入填充剂前后材料的弯曲强度、拉伸强度、模量及Ⅱ型层间裂纹扩展能的变化机理,研究结果表明：在C/C复合材料中加入这3种填料后均使材料的强度有所下降,但是采用石墨粉及热解炭粉填充二维C/C复合材料可以显著提高复合材料的层间结合性能,由于填充的热解炭粉与基体材料在分子及晶体结构上的相似性,加入热解炭粉填充C/C复合材料使层间结合性能提高最显著,强度损失也最小,并且使材料的弯曲断裂呈现脆性断裂特征。     

C/C复合材料的体积密度和石墨化度对硬度的影响

测试了几组典型的不同体积密度和石墨化度的C/C复合材料洛氏硬度值,研究了C/C复合材料的体积密度和石墨化度与其硬度特性的关系.结果表明:相同石墨化度的C/C复合材料洛氏硬度随其体积密度的增加而增加,相同体积密度的C/C复合材料洛氏硬度随其石墨化度的增加而降低;C/C复合材料体积密度对硬度的影响随其石墨化度的增加而减小;对体积密度为1.75～1.85g/cm3的C/C复合材料,可据其洛氏硬度的范围大致判断其石墨化度的范围;对一定体积密度和热处理温度的C/C复合材料,可通过洛氏硬度判断基体炭的微观结构特点.     

纳米SiC对C/C复合材料石墨化与抗氧化性能的影响规律

本文制备纳米SiC基体改性的SiC-C/C复合材料,利用X射线衍射技术、高分辨率透射电镜等研究SiC对碳材料的石墨化度的影响.纳米SiC能够显著促进碳基体材料的石墨化度,同时通过高分辨率透射电镜在纳米SiC颗粒周围观测到明显的石墨化结构,并且距离SiC越近,碳基体的石墨化程度越高.通过静态氧化实验研究SiC-C/C复合材料的抗氧化性能.结果表明,随着SiC加入量的增加复合材料的抗氧化性显著提高,纳米SiC在高温下生成较为均匀的SiO2保护层,覆盖在碳材料的表面,阻碍氧气与碳材料的接触,并且SiC含量越高,形成的保护层越厚,抗氧化能力越强.     

内置高导C/C材料的疏导式热防护结构防热效果

本文建立了内置高导C/C材料的疏导式热防护结构原理模型,通过实验的方法给出了高导C/C材料与耐热三维编织C/C材料间的接触热阻,并利用数值仿真针对影响结构热防护效果的若干关键参数进行了参数影响研究.研究结果表明:减小耐热层厚度是一种降低驻点温度的有效方法,但是必须同时考虑由此引起的强度问题;界面接触热阻对热防护效果影响很大,必须通过工艺处理降低界面热阻才能实现有效的热防护.     

热解炭基1D—C／C力学性能的织构影响及断裂模式

测试了具有不同织构配合的热解炭基１Ｄ－Ｃ／Ｃ的室温单调拉伸σ－ε曲线．结果表明,密度相同时,不同织构配合的材料具有不同的σ－ε曲线．以疏松多孔的粒状炭（Ｇ）为主的材料强度低而假塑性高;各向同性炭（ＩＳＯ）因与炭纤维的界面粘合好而易发生脆性断裂;而含有层间裂纹的粗糙炭（Ｒ）和光滑炭（Ｓ）的影响则居中．热解炭基１Ｄ－Ｃ／Ｃ的拉伸断裂模式主要有台阶型、粗糙型、累积弱化型和整体脱粘型四种类型．前两种为脆性断裂方式,热解炭基体的断裂应变是这类材料强度的控制因素．     

纳米Pt-Ru/C电催化剂的制备

以炭黑（Vulcan XC72)为载体，将铂钌混合氧化物胶体吸附在炭黑上，然后用氢气还原以制备Pt-Ru/C电催化剂，利用X－射线衍射（XRD）经及X－射线能谱（XPS）技术对样品进行表征，结果表明：在Pt-Ru/C中，面心立方结构中的部分铂原子被钌原子取代，铂钌合金原子的粒子大小在3nm左右，铂钌氧化物吸附在炭黑上后，两种金属的氧化态降低，可以通过氢气鼓泡的方法将其还原。