热解碳的沉积机理和形貌结构及其对粘胶基碳纤维性能的影响

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1、热解碳的沉积机理和形貌结构及其对粘胶基碳纤维性能的影响摘要本论文的主要目的是通过对理论的探讨，设计合适的工艺来提高RCF的性能(主要是拉伸强度，其次是抗氧化性能，结晶度等)。分别研究了化学气相沉积(CVD)和热解涂层法的工艺参数，探讨了CVD-热解碳的沉积机理以及两种工艺对RCF性能的影响，并对两者进行了比较。首先研究了热解碳的沉积机理。控制CVD工艺条件得到了球状热解碳，通过对沉积中间体的定性分析，证实了此过程中存在“缩聚机理”。运用热力学和晶体成核一长大理论，解释了温度对热解碳形貌和沉积过程的影响。

2、即提高沉积温度，能降低成核能，促进成核。1000。C时，热解碳颗粒很容易熔合在一起，向层状形态过渡。动力学的分析表明：沉积速率在<1000。C时亩表面反应过程控制，>1000。C时由气相扩散过程控制，两种情况下沉积物的析出形态有较大差别。以化学气相沉积(CVD)法对粘胶基碳纤维进行处理，不同的工艺条件(n—C。H．dECl4体积比、沉积温度、载气流量、气体流速等)下，粘胶基碳纤维抗拉强度变化程度较大，当n—C7H1dccl4=4：1，载气流量为30ml／min时，1000‘C沉积时，纤维抗拉强度可提高5

3、％，但是稳定性和重现性差，其他工艺条件下拉伸强度均有不同程度的降低，这是由于热解碳在纤维表面的沉积容易产生新的断裂源，从而引起强度的降低。但是控制一定的工艺条件可使拉伸强度的保持率在90％以上，且抗氧化性提高较为明显。采用热解涂层法以n．C7I-116／CCl4为热解质，研究了浸渍液(n-CTHldECl4)体积比、热解温度等不同条件对粘胶基碳纤维拉伸性能的影响。SEM，X射线衍射等分析结果表明：处理后纤维线密度降低表面缺陷减少，结晶度略有增加，同时生成的HCI、C12等小分子对纤维有一定的刻蚀作用，在

4、一定程度上有助于纤维强度的提高，但随温度的升高刻蚀作用加剧，反而会引起纤维强度的下降。当n．C7H16与CCl。体积比为2：3时，900一1100。C热解，碳纤维拉伸强度最高可提高17％，并用韦氏统计理论评价了强度分布。结果表明Weibull模数m增大，即纤维强度分布更集中，热解碳的沉积机理和形貌结构及其对粘胶基碳纤维性能的影响分散性减小，证明n—c7H16／CCl4热解处理提高RCF的拉伸性能切实可行。对纤维抗氧化性能的测试表明抗氧化性能基本不变，略有提高。两者结果对比得出：热解涂层法可较好的提高碳纤

5、维的抗拉强度；CVD法工艺难以控制，不易用来提高抗拉强度，但利于纤维抗氧化性能的提高。关键词：热解碳，化学气相沉积，沉积机理，粘胶基碳纤维，拉伸强度热解碳的沉积机理和形貌结构及其对粘胶基碳纤维性能的影响DepositionMechanismandMorphologyofPyCandtheirInfluencesonPropertiesofRayon-basedCarbonFiberAbstractThemainpurposeofthispaperwastodesignallappropriateproc

6、esstoenhancepropertiesofRCF(tensilestrengthprimarily，anti—oxidationperformancesecondlyandcrystallinityetc．)，bymeansofinvestigationsontheories．Thetechnologicalparametersofchemicalvapordeposition(CVD)andprecursorpyrolysiscoalingwerestudiedrespectively．More

7、over，athoroughresearchwasgiventothedepositionmechanismofCVD-PyC(Pyrolyticcarbon)andinfluencesofthetwoprocessesonRCFproperties，comparisonbetweentwoprocesseswasalsodiscussed．DepositionmechanismofPyCwasstudiedfirstlyinthispaper．SphericalPyCwasmadebycontrolo

8、ftechnicalconditions．Itisapprovedthatcondensation—polymerizationmechanismexistsintheCVDprocessbyanalyzingtheintermediatesqualitatively．TemperatureinfluencesonmorphologyanddepositionprocessofPyCareexplainedbymeansofthermody