张丹
,
黄清波
,
李爱军
,
白瑞成
,
孙晋良
复合材料学报
基于热解碳沉积的Particle-Filler(P-F)概念模型和Langmuir-Hinshelwood理论,提出了包含吸附/解吸附/脱氢的多步非均相反应动力学机制,实现了碳/碳复合材料制备中热解碳基体在碳纤维表面连续沉积及其织构形成过程的理论建模,并采用Gibbs系综Monte Carlo (MC)方法对化学气相渗透(CVI)工艺中热解碳基体的织构界面形成过程进行了数值模拟.研究表明:由于气相中小的芳香烃组分C6的吸附比线性小分子烃组分C2的吸附更容易受到抑制,因而限制了沉积表面的P-F双分子反应;随C6与C2浓度比值R的变化,热解碳的织构形成过程呈现双稳态分布,导致了2种不同的亚稳相碳即中织构(MT)和高织构(HT)热解碳的生成,并在碳/碳复合材料热解碳基体内部形成了鲜明的织构界面.进一步的计算表明:热解碳织构双稳态转变存在一个迟滞域,其大小受气相成分的组成参数R、线性小分子烃C2的初始浓度及沉积温度T的影响;为了得到均一织构的热解碳,应当在迟滞域外的区域合理选取CVI的工艺参数.
关键词:
碳/碳复合材料
,
化学气相渗透
,
热解碳
,
界面
,
Monte Carlo模拟
黄清波
,
张丹
,
白瑞成
,
李爱军
,
孙晋良
新型炭材料
对热解炭沉积和织构形成过程进行动力学建模，重点分析C/C复合材料CVI制备工艺中基体炭形成时中织构/高织构( MT/HT)热解炭之间轮廓分明的急剧转变现象。基于Langmuir-Hinshelwood( L-H)理论和Particle-filler( P-F)概念模型，将MT和HT热解炭作为炭的两种亚稳相，以气相中占优的两种中间组分作为基体炭前驱体(线性小分子烃和小分子芳香烃)，考虑基体表面单分子沉积形成MT热解炭和P-F双分子反应形成HT热解炭的过程，建立包含吸附/解吸附/脱氢的多步非均相热解炭沉积和织构形成反应动力学模型，研究该动力学系统达到稳态时热解炭随气相组成变化的情况。结果表明，热解炭沉积和织构形成过程曲线呈现“S”型特征，该曲线的线性稳定性分析表明热解炭沉积中的织构转变是一个包含迟滞区间的双稳态过程，进一步的计算表明此迟滞区间的大小明显受初始直链烃浓度以及沉积温度的影响。
关键词:
炭/炭复合材料
,
热解炭
,
微观结构
,
动力学
