氢气对cc复合材料中cvi热解炭显微结构影响的研究

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1、摘要CvI炭的显微结构对其炭／炭复合材料的性能有显著的影响，如何调控cvI工艺参数实现所需结构的cvI炭⋯直是各国科学家关注的热点课题之一。本文在大量实验研究和理论分析的基础上，首次系统地研究了热梯度炉中氢气作为载气的情况下C／C复合材料CVI热解炭显微结构与控制参数之间的关系，通过对材料的偏光观察和石墨化度测量指出氢气对热解炭显微结构有着重要的影响，通过调节气相中的氢气体积分数可以有效地控制cvI热解炭的显微结构。首次仔细分析了热梯度式CvI工艺制备的盘状C／C复合材料中气体滞留时间的变化规律，并结合热梯度炉的温

2、度分布规律很好地解释了材料中热解炭显微结构的分布。通过不同载气对热解炭显微结构影响的研究指出：CvI过程中的氮气充当惰性气体角色，对丙烯的热解沉积和所得热解炭显微结构没有明显影响；而额外的氢气添加一方面抑制了热解炭的沉积，另一方面可以大大降低RL结构热解炭所需的气体滞留时间临界值，使得在更短的滞留时间内得到RL结构热解炭。1比较系统地研究了氢气体积分数、控制温度以及系统总压对热解炭显微结构的影响，发现在丙烯／氢气体系中，RL结构热解炭可以在更宽广的温度、压力范围内获得，并且通过调整气相中氢气体积分数可以在整个试样中

3、得到单一的RL结构热解炭。结合实验结果和热解炭沉积过程的定性分析提出热解炭沉积的氢气调节模型：热解炭沉积是基于化学吸附机制和物理吸附机制的沉积的综合效果；气相中氢气体积分数的增加调节基于化学吸附机制和物理吸附机制的两类热解炭沉积速率之间的关系，使得热解炭显微结构出现sL—RL—sL—Is0的转变。RL结构热解炭的获得条件被总结为：X>Xc，un

4、bonofC／Ccompositeshaspromineminnuenceon血epropertiesofcoInposites．HowtoobtaintheneededmicrostmctureoftheCVIpyrocarbonbycon怕llmgparametersintheCVIprocessisalwaysoneoftheresearchhotspotconcemed．0nthebasisofeXper曲emalinVestigationsandt王1eoreticalanalyses，tllerelat

5、ionshipbetweencontrolparatnetersa11dp”ocarbonmicros仇lctureofC／Ccompositesf曲ricatedbythenllalgradientCVIprocessandbyusinghydrogenasttlecaITiergashasbeenresearchedforthefirsttime．Bythepolarizedobsenringandgr印hitizationdegreemeasuringofthematerialsithasbeenfoundt

6、hatmehydrogencontemint11egashasimportantinnuenceonthepyrocarbonmicrostructure，andmeCVIpyrocarbonmicrostrIJcturecanbeefbctivelycontrolledbya由ustingthehydrogencontentinthegasduringCⅥprocess．ThechangingmleoftheresidencetimeofthereactamgasintheC／Ccompositeswitlldi

7、sksh印ef．abricatedbymernlal掣adientCVIprocesshasbeencarefullyanalysed．ThedistributionsofmepyrocarbonmicmstmctureofmematerialscaIlbewellexplainedbyusingmeaboVeruleandthetemperaturedistributionruleofthethe彻algradient如mace．Theinfluenceofthedif梵remcaHiergasonmepyroc

8、arbonmicrostmcturehasbeeninvestigatedandithasbeenfoulldthatthenitrogeninmeCVIprocesshasnoobViousinnuenceonthepyrocarbonmicrostⅢcturewhichplayingaJlinertrole，andmeadditionofthehydmg