硼掺杂各向同性热解炭材料的制备、微观结构及抗氧化性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 许力 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 成会明 ; 白朔 |
| 关键词 | 硼掺杂 各向同性热解炭 化学气相沉积 微观结构 抗氧化性能 boron doping isotropic pyrolytic carbon chemical vapor deposition microstructure oxidation resistance |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | "各向同性热解炭具有密度低、耐高温、自润滑、优异的力学性能和摩擦磨损性能、耐腐蚀及良好的生物相容性等优点，具有重要的工业价值。目前作为高性能机械密封材料已广泛应用于机械、航天、航空、船舶等领域。但由于各向同性热解炭在高温氧化性气氛中会被氧化，故其高温应用受到了极大的限制。在热解炭材料中引入硼元素将显著影响材料的理化性能，尤其对提高热解炭材料的抗氧化性能有十分明显的作用。目前对各向同性热解炭材料掺杂硼的研究还处于空白状态，亟需开展硼掺杂各向同性热解炭材料的研制工作，以拓展各向同性热解炭材料的应用领域，满足装备技术发展对高性能材料的需求。 本论文以CH4、H2和BCl3为原料，采用硼碳化学气相共沉积方法制备硼掺杂各向同性热解炭，对其制备工艺、微观结构及抗氧化性能进行了较为系统的研究： 1. 对硼掺杂各向同性热解炭的关键制备工艺参数（沉积温度和气源条件）进行了研究。通过优化制备工艺参数制备出致密、均匀的硼掺杂各向同性热解炭，材料中的硼含量可在0～5 at. %范围内调控。硼元素的掺杂对材料的微观组织结构具有较大的影响：随着硼碳源比率的增大，材料的生长单元由颗粒状碳结构逐渐向球团状碳结构转变，但由于生长单元随机取向并杂乱堆积，材料在宏观上仍呈各向同性性质。硼掺杂各向同性热解炭材料的生长机理基本遵循粘滞小滴机理，但由于BCl3的加入会影响粘滞小滴的脱氢炭化过程，因此使生长单元从颗粒状向球团状转变。 2. 硼掺杂各向同性热解炭属于乱层结构炭，但硼元素对石墨片层生长和重排的催化作用提高了材料的石墨化度。随着硼含量的增加，材料中的碳化硼颗粒含量增加。碳化硼颗粒由尺寸几十纳米到几百纳米、具有五次对称性形貌特征的碳化硼微晶组成，其颗粒形状与其生长机理密切相关。硼在材料中的存在形式除了碳化硼相之外，还可以在石墨片层中取代碳原子以B-C键合形式存在。硼掺杂各向同性热解炭材料的石墨化受热激发和硼催化共同控制，硼在其石墨化过程中起到了极为重要的作用。 3. 硼掺杂各向同性热解炭具有优异的抗氧化性能，其起始氧化温度比各向同性热解炭提高近200℃，氧化失重速率仅为未掺硼材料的5%～11%。硼含量和微观结构（孔隙结构、生长单元等）对材料的抗氧化性能都具有重要的影响。硼掺杂各向同性热解炭材料的本征抗氧化能力的提高及材料中以取代形式存在的硼和碳化硼优先氧化形成的氧化硼膜，使材料的抗氧化能力显著提高。" |
| 公开日期 | 2013-04-12 |
| 源URL | [http://210.72.142.130/handle/321006/64427]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 许力. 硼掺杂各向同性热解炭材料的制备、微观结构及抗氧化性能研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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