赵春年
,
成来飞
,
张立同
,
徐永东
,
卢翠英
,
叶昉
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2008.01165
以丙烯为碳源, 利用磁悬浮天平热重系统研究了化学气相沉积热解碳的原位动力学, 采用气质联用仪对热解气相冷凝物进行了定性和半定量分析. 结果表明: 当稀释比为4, 总压力为6kPa, 丙烯流量为20sccm时, 丙烯在850～1100℃之间的热解反应表观活化能为(201.9±0.6)kJ/mol, 沉积过程为气相均相反应控制, 高温时冷凝物以单环芳烃为主, 低温时主要为双环和多环芳烃; 在900和1000℃下, 丙烯分压在0.3～6.5kPa范围内的热解为一级反应; 由于受有效反应时间和丙烯通量的共同作用, 沉积速率随滞留时间的延长先增大后减小, 在900℃下滞留时间为0.6s时出现最大值.
关键词:
原位动力学
,
pyrocarbon
,
propylene
,
chemical vapor deposition
,
GC-MS
卢翠英
,
成来飞
,
张立同
,
赵春年
新型炭材料
doi:10.1016/S1872-5805(09)60014-7
以丙烯为碳源,在700 ℃～1 200 ℃进行化学气相沉积热解炭.采用气相色谱和质谱联用对反应过程中的气体产物进行定性和半定量分析,采用磁悬浮天平实时称量反应过程中的固相产物进行动力学研究,在此基础上提出丙烯分解形成热解炭的机理.气相产物的分析结果表明:丙烯热解过程产生30多种芳香化合物,随着温度的升高,主要反应生成物由萘转变为苯;动力学研究结果表明,800 ℃～1 000 ℃的活化能为137±25 kJ/mol,生成乙炔的基元反应控制固相产物的形成.当温度高于1 000 ℃时,沉积行为由气相分子通过边界向固相表面扩散和气相成核共同控制,形成热解炭的主要物质逐渐由苯转变为不饱和碳氢化合物如乙烃,乙烯等.
关键词:
热解碳
,
气相色谱和质谱联用
,
动力学研究
,
化学气相沉积
卢翠英
,
成来飞
,
张立同
,
徐永东
,
赵春年
材料科学与工程学报
以丙烯和氩气为气源,在800～1200℃,1～15 kPa和25～500 sccm条件下进行化学气相沉积热解碳,采用磁悬浮天平实时称量热解碳的生成量进行动力学研究.结果表明,1000℃以下,化学反应控制沉积过程,乙炔的生成为限速步骤;当温度高于1000℃时,转变为气相传质控制,温度是影响沉积机理最重要的热力学参数.压力和滞留时间对沉积速率的影响说明热解碳是通过一系列气相连续反应后形成的.采用实验测得的活化能137士25 kJ/mol和丙烯分压一级反应级数,确定了总的动力学方程式,并用实验结果验证了其有效性.
关键词:
原位动力学研究
,
热解碳
,
化学气相沉积
,
动力学方程式
叶昉
,
张立同
,
成来飞
,
赵春年
,
王鹏飞
材料导报
以三氯化硼、甲烷和氢气的混合气体为前驱体,利用磁悬浮天平热重系统研究了850～1200℃区间内化学气相沉积掺硼碳的原位动力学.探索了温度对沉积速率的影响,计算了该温度区间内沉积过程的表观活化能,同时借助SEM和EDS技术.测试了不同温度点(900℃、1000℃、1100℃和1200℃)沉积产物的微观结构和成分.结果表明,化学气相沉积掺硼碳属于典型的热激活反应过程;在所研究的温度区间内存在5种不同的反应控制机制;随着温度的升高,沉积产物的n(B)/n(C)和堆积密度都显著变小,说明高n(B)/n(C)和高致密度的掺硼碳涂层应在较低的温度下制备.
关键词:
掺硼碳
,
表观活化能
,
反应控制机制
卢翠英
,
成来飞
,
张立同
,
徐永东
,
赵春年
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2008.01189
根据吉布斯自由能最小原理, 采用FACTSAGE计算软件, 重点对MTS/H2体系化学气相沉积碳化硅进行了均相平衡计算,评价了体系中主要化合物对沉积碳化硅的作用. 结果表明,低温和高压下, SiCl4和CH4的含量最多, 不饱和物质和自由基的含量非常少, 温度的升高和压力的下降可显著提高不饱和物质和自由基的浓度; 高温和低压下, SiCl2和C2H2可能是形成碳和硅的主要先驱体, 其它稳定物质如碳氢化合物、有机硅化合物和硅烷等由于浓度太小和表面反应粘结系数低, 对碳化硅的沉积可以不予考虑; 体系中几乎没有含Si--C和Si--Si键的物质, 说明碳化硅是经过碳和硅独立形成, 二者的相对速率决定了碳硅比.
关键词:
热力学
,
surface reactive sticking coefficient
,
chemical vapor deposition
,
silicon carbide
,
null
卢翠英
,
成来飞
,
赵春年
,
张立同
,
徐永东
材料科学与工艺
以三氯甲基硅烷和氢气为气源,研究了化学气相沉积碳化硅过程中,温度(850-1350 ℃)对沉积速率、反应物消耗效应、涂层形貌和相结构的影响.用磁悬浮天平在线实时称量基体质量变化进行动力学研究;采用扫描电镜和X射线衍射对样品做了表征.结果表明,沉积过程存在四个控制机理:a区(＜1000℃)为表面反应动力学控制;b区(1000-1050 ℃)主要是HCl对沉积的抑制作用;c区(1050-1300 ℃)是表面化学反应和传质共同控制;d(＞1300℃)为传质为限速步骤.由于不同的控制机制,导致所得涂层的形貌存在差异.含碳含硅中间物质浓度的减小、HCl增多和MTS的分解共同导致反应物消耗效应.涂层由热解碳和碳化硅两相组成,温度的升高使热解碳相减少,碳硅比接近1.
关键词:
控制机理
,
碳化硅
,
化学气相沉积
卢翠英
,
成来飞
,
赵春年
,
张立同
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2010.00845
采用CG/MS定性定量分析了MTS/H2体系CVD SiC的气相组成, 考察了沉积温度、总压和流量对气相组成的影响, 从反应速率和分子浓度大小的角度出发, 分析了MTS在H2中的分解步骤. 主要结论如下: (1) 检测到CH4、C2H6、C2H4、C3H6、C2H2、MTS、SiCl4和CH3SiHCl2物质, 其中CH4和SiCl4的含量较高. (2) 体系温度、总压和总流量对气相组成有显著影响, 其影响规律与热力分析结果一致. (3) MTS主要以Si-C键断裂引发分解反应, 经历与原反应气反应、中间物质和副产物生成等主要阶段, CH3®C2H6®C2H4®C2H2是生成烷烃化合物的主要路径.
关键词:
GC/MS
,
analysis of gaseous species
,
CVD SiC
,
MTS/H2
胡卓沛
,
成来飞
,
魏玺
,
赵春年
,
刘谊
复合材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2006.05.021
根据Si3N4颗粒增强体的结构特点及等温化学气相法(ICVI)的工艺特点,对Si3N4颗粒增强Si3N4复合材料的致密化过程进行了数值模拟.用球形孔隙模型表征Si3N4颗粒增强体的结构特征,用传质连续方程表征先驱体在预制体中的浓度分布.为了检验模型的准确性和适用性,进行了相应的实验验证.模拟结果与实验结果具有相似的致密化规律,预测的渗透时间和孔隙率与实验结果均十分接近,表明本文中建立的数学模型可以较好地表征Si3N4P/Si3N4复合材料的ICVI过程.
关键词:
Si3N4P/Si3N4复合材料
,
等温化学气相渗透
,
数值模拟
卢翠英
,
成来飞
,
张立同
,
徐永东
,
赵春年
复合材料学报
以丙烯为气源,在800℃～1200℃进行化学气相沉积热解碳.研究了温度、压力和滞留时间对沉积速率和气相产物的影响.采用磁悬浮天平原位实时称量反应过程中的固相产物进行动力学研究;采用气相色谱和质谱联用半定量分析了反应过程中的气体产物.动力学研究结果表明,800℃～1000℃内活化能为137kJ/mol±25kJ/mol,沉积过程为化学动力学控制;高于1000℃时,沉积行为由气相分子的传质和气相成核控制.压力和滞留时间对沉积速率的影响说明,热解碳是经过一系列气相反应和固体表面反应后获得.气相产物分析说明,不同控制机制时形成热解碳的主要物质不同.在此基础上提出了丙烯分解形成热解碳的机制.
关键词:
原位动力学
,
丙烯
,
热解碳
,
化学气相沉积
洪智亮
,
成来飞
,
赵春年
,
张立同
,
王一光
复合材料学报
通过分析C/SiC在高温(1250、1300和1350℃)空气氧化过程中质量、强度、物相、气孔率、微观形貌演变规律,并同时采用动态热机械分析仪测得内耗的变化趋势,研究了氧化对其内耗行为的影响规律,进而为以内耗表征复合材料的氧化行为奠定基础.为明确C/SiC各组元在氧化与内耗行为对应关系中所发挥的作用,进一步研究了SiC陶瓷在1300℃、空气中的氧化与内耗行为之间的对应关系.结果表明:SiC陶瓷氧化对其内耗行为的影响规律不明显且影响程度较弱；C/SiC在氧化过程中的内耗行为受C相的氧化损伤控制,且作用规律明显,其内耗保持率曲线均出现峰值,其中1250、1300和1350℃的峰值分别为6.65、3.48和1.59.
关键词:
C/SiC复合材料
,
SiC陶瓷
,
氧化
,
内耗
,
性能表征
