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载气对炭/炭复合材料沉积速率、体密度和微观结构的影响

分别采用H2和CO2作为载气,CH4为前躯体,通过等温化学气相渗积制备炭/炭复合材料,通过偏光显微镜、拉曼光谱、X射线衍射和透射电镜对材料微观结构表征以及渗积过程密度变化,研究载气对沉积速率、体密度和微观结构的影响规律。结果表明：在渗积前50 h,CH4-H2体系的沉积速率明显大于CH4-CO2体系,但在其余渗积时间里,CH4-H2体系的沉积速率小于CH4-CO2体系。当载气从H2变成CO2时,复合材料的体密度从1.626 g/cm3增加到1.723 g/cm3,最大径向密度梯度从0.074 g/cm3减小到0.056 g/cm3。同时,基体炭从纯的粗糙体炭转变为杂化粗糙体炭含有过度生长锥,且平均石墨化度从62.7%下降到50.8%。这些显著的变化是由于CO2的氧化作用降低了表面沉积速率,却没有降低孔内沉积速率,同时大量的缺陷形成于层状石墨烯结构中导致形成过度生长锥,降低了热解炭织构。

关键词: 炭/炭复合材料 , 微观结构 , 化学气相渗积 , 载气

纤维种类对炭/炭复合材料微观结构和力学性能的影响

郝名扬 , 罗瑞盈 , 向巧 , 侯振华 , 杨威 , 商海东

新型炭材料 doi:10.1016/S1872-5805(14)60149-9

采用6K的预氧丝和炭纤维制备预制体，通过化学气相渗积制备炭/炭复合材料。通过偏光显微镜、拉曼光谱、纳米硬度和三点弯曲等手段研究其微观结构和力学性能。结果表明，预氧丝复合材料的基体为暗层和粗糙层炭，厚度分别为1.4ˉ2.6μm和10.2ˉ11.6μm；而炭纤维复合材料的基体为光滑层和粗糙层炭，厚度分别为8μm和4.4μm；预氧丝纤维的模量和硬度明显小于炭纤维，同时基体的模量和硬度随消光角的增加而降低；低模量的基体和纤维导致预氧丝复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和模量分别降低了14.5%ˉ24.2%、9.7%ˉ19.8%、7.3%ˉ15.4%和15.1%ˉ18.6%；但其韧性指数却提高了224%ˉ235%，这是高含量的粗糙层炭和纤维的石墨化收缩所致；同时提出了一个三单元复合模型用来模拟复合材料的拉伸模量，模拟误差小于9.9%。

关键词: 炭/炭复合材料 , 微观结构 , 力学性能 , 化学气相渗积

炭基体种类对炭/炭复合材料内耗行为的影响

杨威 , 罗瑞盈 , 侯振华 , 张铀 , 商海东 , 郝名扬

新型炭材料 doi:10.1016/S1872-5805(16)60009-4

通过化学气相沉积( CVI)和化学气相沉积与先驱体转化结合( CVI+PIP)的方法，制备了三种不同炭基组织结构的炭/炭复合材料。三种基体分别是光滑层基体( SLC)、粗糙层基体( RLC)和混合双基体( DMC)(过度生长锥基体+呋喃树脂炭基体)。对这三种复合材料样品进行微观组织结构和动态力学性能表征。结果表明，内耗主要来源于炭基体缺陷的运动、纤维/基体界面的滑移和炭平面的滑移。复合材料的内耗对于温度和振幅变化非常敏感，但频率的变化对复合材料的的内耗影响不大。混合双基体具有最高的缺陷密度和最高的内耗，粗糙层基体具备较完美的炭平面和最低的内耗。炭基体的微观组织结构是影响内耗的关键因素，由于光滑层基体、粗糙层基体和混合双基体的微观结构的区别，导致在不同基体中出现了不同的内耗行为。在室温状态下，基体中缺陷和纤维/基体的界面的运动可能是影响内耗的主要因素，随着温度的升高，内耗的贡献可能主要来源于炭平面的滑移，而且我们还发现动态模量与缺陷密度存在一定关联。

关键词: 炭/炭复合材料 , 致密化工艺 , 力学性能 , 内耗

纳米球形炭的无催化化学气相沉积制备及其机理研究

张铀 , 杨威 , 罗瑞盈 , 商海东

新型炭材料 doi:10.1016/S1872-5805(16)60025-2

以天然气为碳源，氢气为载气，通过无催化化学气相沉积的方法，合成不同粒径的球形炭。研究了沉积温度、压力和气体比例对化学气相沉积球形炭的影响。用X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对实验结果进行表征。研究结果表明制备纳米球形炭(50~100 nm)的优化工艺为沉积温度1150℃、沉积压力5 kPa和天然气/氢气(气体流量比)1：4。本研究对球形炭的气相沉积机理进行了详细的研究。沉积温度对球形炭的尺寸和微结构影响较小，沉积压力对炭核的碰撞几率影响较大。另外，氢在炭形核过程中起来很重要的作用，氢的存在有效的较少了炭核的碰撞几率。

关键词: 球形炭 , 化学气相沉积 , 天然气 , 氢气 , 形核机理