1、熱解碳結(jié)構(gòu)控制熱解碳熱解碳:烴類在特定的條件下分解,于基體上得到沉積碳熱解碳。采用CVI（ Chemical Vapor Infiltration）工藝,以氣態(tài)烴類為前驅(qū)氣體,經(jīng)極其復(fù)雜的熱解和沉積反應(yīng)過程而獲得的。碳/碳復(fù)合材料的基體碳3種類型:瀝青碳、樹脂碳和熱解碳。以熱解碳為基體具有最佳的綜合性能。CVI工藝為擴(kuò)散控制步驟反應(yīng)，多采用相對(duì)低的溫度以降低反應(yīng)速度，同時(shí)采用很低的系統(tǒng)壓力以提高擴(kuò)散系數(shù),由此緩解擴(kuò)散和沉積之間的矛盾,但導(dǎo)致致密化周期特別長(zhǎng)。GP：前驅(qū)氣體 L：線型小分子 A：芳香烴小分子 PAH：多環(huán)芳香烴大分子熱解碳沉積簡(jiǎn)圖X軸：熱解產(chǎn)物的分子量增加Y軸：AS/VR (表面

2、積/氣孔體積）熱解碳的微觀結(jié)構(gòu)熱解碳的微觀結(jié)構(gòu)u 微米尺度偏光顯微鏡(PLM) 觀察熱解碳微觀結(jié)構(gòu)的形態(tài)，通過消光角Ae，分為：各向同性ISO，暗層DL，光滑層SL，粗糙層RLu 納米尺度透射電鏡(TEM)測(cè)定基本結(jié)構(gòu)單元(BSU)，熱解碳排列的有序程度不同。結(jié)合選域電子衍射(SADE)測(cè)定取向角Ao。分為：各向同性(ISO)、低織構(gòu)(low-textured)、中等織構(gòu)(medium-textured)和高織構(gòu)(high-texuterd)熱解碳。微米尺度微米尺度CH4/N2= 1 4時(shí)得到粗糙層組織,錐的生長(zhǎng)特征明顯CH4/N2= 1 1時(shí),組織轉(zhuǎn)變?yōu)楣饣瑢咏M織微米尺度微米尺度采用甲烷為前

3、驅(qū)體制備的 / 復(fù)合材料中不同織構(gòu)熱解碳基體的偏光顯微照，（a）（b）分別為 MT熱解碳占優(yōu)和HT熱解碳占優(yōu)的情況（a）(b)熱解碳的組織熱解碳的組織名稱光學(xué)顯微特征層狀組織光滑層光學(xué)各向異性度高，熱解碳以碳纖維為為圓心進(jìn)行同心環(huán)狀鋪層堆積。光滑層的表面光滑,層間分界線清晰，層間分界線清晰，粗糙層的表面粗糙，層間分界線不很分明。粗糙層錐狀組織光滑錐光學(xué)各向異性度高，組成單元為倒立的的圓錐體。光滑錐的表面光滑，層間分界線清晰，粗糙錐的表面粗糙，層間分界線模糊。粗糙錐粒狀組織光學(xué)各向異性度高，組成單元為粒狀不不一的細(xì)小顆粒狀。各向同性組織無(wú)光學(xué)各向異性，偏光下為全黑柱狀組織光學(xué)各向異性度高，組成單

4、元為徑向輻輻射的細(xì)小短棒狀碳。過度型組織兩種或多種組織混合，色彩斑斕納米尺度納米尺度碳碳復(fù)合材料的斷口SEM照片熱解炭呈層狀環(huán)繞著炭纖維熱解炭呈層狀環(huán)繞著炭纖維, ,層間存在裂紋。層間存在裂紋。片狀皺褶狀片狀皺褶狀, ,是典型的光滑層組織結(jié)構(gòu)是典型的光滑層組織結(jié)構(gòu)石墨結(jié)構(gòu)的片層狀結(jié)構(gòu),顯得非常光滑平整,生長(zhǎng)特征及擇優(yōu)取向非常明顯,為典型的粗糙層組織結(jié)構(gòu)氣相組成和熱解碳微觀結(jié)構(gòu)氣相組成和熱解碳微觀結(jié)構(gòu)p Lieberman和Pierson ：不同微觀結(jié)構(gòu)的熱解碳取決于氣相組成的摩爾比RC2H2/C6H6GP：前驅(qū)氣體 L：線型小分子 A：芳香烴小分子p Benzinger和Huttinger:纖

5、維表面沉積了兩層熱解碳:MT-HT(內(nèi)層-外層)。認(rèn)為MT熱解碳主要由氣相中的芳烴和多環(huán)芳烴形成,而HT熱解碳主要由氣相中線型小分子烴類形成。p Feron：發(fā)現(xiàn)了MT-HT-MT之間的轉(zhuǎn)變，認(rèn)為MT主要由線型小分子烴形成，而HT主要由大分子芳烴形成。p 張偉剛認(rèn)為提出了Particle-filler模型,認(rèn)為以乙炔為主的線型小分子烴為filler，以苯為主的芳香烴分子為particle，當(dāng)二者比例最佳時(shí)形成HT熱解碳，當(dāng)比例大于或小于最佳比例時(shí)形成各向異性程度較低的熱解碳(MT或LT)。氣相組成和熱解碳微觀結(jié)構(gòu)采用溫度梯度CVI藝和甲烷為前驅(qū)氣體,采用ICVI和甲烷-氫氣混合氣體,在20kP

6、a和30kPa壓力下發(fā)現(xiàn)采用ICVl和丙烷為前驅(qū)氣體,隨著溫度的升高和滯留時(shí)間的延長(zhǎng).采用ICVI和甲烷,在更大的壓力范圍內(nèi)研究了熱解碳微觀結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律.Particle-filler模型表達(dá)的觀點(diǎn)較好地統(tǒng)一了不同人員的研究結(jié)果。熱解碳微觀結(jié)構(gòu)的影響因素?zé)峤馓嘉⒂^結(jié)構(gòu)的影響因素l 溫度、壓力(或分壓)l 前驅(qū)氣體的種類、滯留時(shí)間隨滯留時(shí)間的延長(zhǎng)或前驅(qū)氣體分壓的增加,熱解(均相)反應(yīng)的總趨勢(shì)是生成物的分子量逐漸增大。添加H2對(duì)芳香烴類大分子的生成具有顯著的抑制作用。較小的As/VR比值有利于熱解反應(yīng)生成大分子,l 預(yù)制體的初始AS/VR比值l 氫氣解碳微觀結(jié)構(gòu)的影響因素解碳微觀結(jié)構(gòu)的影響因素C

7、VI工藝參數(shù)與組織間的關(guān)系進(jìn)行研究，以期達(dá)到控制熱解碳組織。作為C/C復(fù)合材料理想的基體組織粗糙層，卻因其工藝條件難以控制，只有在一個(gè)狹窄的工藝參數(shù)區(qū)間能夠獲得。CVI工藝中，所獲得的熱解碳的組織類型由工藝參數(shù)決定，換言之工藝參數(shù)控制下的熱解碳的形成機(jī)理決定了生成熱解碳的組織類型。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1符冬菊，曾燮，鄒繼兆等.微波CVI制備碳碳復(fù)合材料微觀組織結(jié)構(gòu)的研究J.材料工程,2009,(1),6-82陳三平，李賀軍.碳/碳復(fù)合材料CVI工藝中熱解碳形成機(jī)理的研究J.材料導(dǎo)報(bào),2002,16(5),62-643白瑞成,李賀軍,席深等.碳/碳復(fù)合材料ICVI工藝的研究進(jìn)展J.材料導(dǎo)報(bào),2005,19(4),81-844張丹，黃清波，李愛軍等.碳/碳復(fù)合材料熱解碳基體的織構(gòu)界面形成機(jī)制 Mont