氫氣對C-C復(fù)合材料中CVI熱解炭顯微結(jié)構(gòu)影響的研究.pdf

1、CVI炭的顯微結(jié)構(gòu)對其炭/炭復(fù)合材料的性能有顯著的影響,如何調(diào)控CVI工藝參數(shù)實現(xiàn)所需結(jié)構(gòu)的CVI炭一直是各國科學(xué)家關(guān)注的熱點課題之一.本文在大量實驗研究和理論分析的基礎(chǔ)上,首次系統(tǒng)地研究了熱梯度爐中氫氣作為載氣的情況下C/C復(fù)合材料CVI熱解炭顯微結(jié)構(gòu)與控制參數(shù)之間的關(guān)系,通過對材料的偏光觀察和石墨化度測量指出氫氣對熱解炭顯微結(jié)構(gòu)有著重要的影響,通過調(diào)節(jié)氣相中的氫氣體積分數(shù)可以有效地控制CVI熱解炭的顯微結(jié)構(gòu).首次仔細分析了熱梯度式C

2、VI工藝制備的盤狀C/C復(fù)合材料中氣體滯留時間的變化規(guī)律,并結(jié)合熱梯度爐的溫度分布規(guī)律很好地解釋了材料中熱解炭顯微結(jié)構(gòu)的分布.通過不同載氣對熱解炭顯微結(jié)構(gòu)影響的研究指出:CVI過程中的氮氣充當(dāng)惰性氣體角色,對丙烯的熱解沉積和所得熱解炭顯微結(jié)構(gòu)沒有明顯影響;而額外的氫氣添加一方面抑制了熱解炭的沉積,另一方面可以大大降低RL結(jié)構(gòu)熱解炭所需的氣體滯留時間臨界值,使得在更短的滯留時間內(nèi)得到RL結(jié)構(gòu)熱解炭.比較系統(tǒng)地研究了氫氣體積分數(shù)、控制溫度以

3、及系統(tǒng)總壓對熱解炭顯微結(jié)構(gòu)的影響,發(fā)現(xiàn)在丙烯/氫氣體系中,RL結(jié)構(gòu)熱解炭可以在更寬廣的溫度、壓力范圍內(nèi)獲得,并且通過調(diào)整氣相中氫氣體積分數(shù)可以在整個試樣中得到單一的RL結(jié)構(gòu)熱解炭.結(jié)合實驗結(jié)果和熱解炭沉積過程的定性分析提出熱解炭沉積的氫氣調(diào)節(jié)模型:熱解炭沉積是基于化學(xué)吸附機制和物理吸附機制的沉積的綜合效果;氣相中氫氣體積分數(shù)的增加調(diào)節(jié)基于化學(xué)吸附機制和物理吸附機制的兩類熱解炭沉積速率之間的關(guān)系,使得熱解炭顯微結(jié)構(gòu)出現(xiàn)SL→RL→SL→I