热解炭微观结构调控及其对炭/炭复合材料性能的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 于守泉 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010-06-02 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 张伟刚 |
| 关键词 | 热解炭 炭/炭复合材料 微观结构 力学性能 氧化性能 |
| 其他题名 | Controlling of microstructure of pyrolytic carbon and its influence on the properties of carbon/carbon composites |
| 学位专业 | 化学工程 |
| 中文摘要 | 炭/炭复合材料具有一系列优良的性能，被广泛用作航空航天飞行器关键热结构材料。本文在实验研究和理论分析的基础上，研究化学气相渗透（CVI）工艺条件对热解炭微观结构的影响，进而分析微观结构对热解炭以及炭/炭复合材料性能的影响，为先进炭/炭复合材料的制备与应用提供基础。主要工作内容如下： 1.以甲烷为气源，采用新型等温等压化学气相渗透制备出内外密度分布均匀的炭/炭复合材料；通过调节反应温度、甲烷压强、停留时间和A/V值可以对热解炭的微观结构进行调控。 2.采用拉曼光谱研究了不同织构热解炭的微观结构，发现：在压强比较低时， CVD热解炭为生长机理，控制织构与微观结构缺陷有关；在压强较高时，CVD热解炭为形核机理，控制织构主要与形核的物理过程而不是化学反应有关；由于形成机理不同，即使是相同的织构度，CVI热解炭的半高宽也远远小于CVD热解炭的半高宽。D带、 D’带和G 带半高宽表明高织构热解炭的缺陷浓度很低并且易石墨化， G带半高宽在热解炭厚度方向上存在和织构一样的梯度。 3.采用纳米压痕仪研究了热解炭的力学性能，分析了织构对热解炭的力学性能的影响。研究发现：热解炭的纳米压痕行为完全的弹性形变，但在形变过程中存在一定的能量耗散。随着织构降低，CVD热解炭的弹性模量和能量耗散比都降低，而硬度升高。同时发现，CVD热解炭的硬度和弹性模量比CVI热解炭高，能量耗散少。高织构的CVI热解炭具有高的弹性模量和硬度，较低的能量耗散比。理论分析和实验结果证明了纳米压痕过程中的能量耗散比与硬度和弹性模量比存在线性关系。热处理后，热解炭硬度和弹性模量升高。 4.采用三点弯曲法和单边断口梁法测试了炭/炭复合材料的力学性能，研究发现：不同预制体制备的炭/炭复合材料的断裂方式不同，2D炭/炭复合材料的断裂方式为台阶式断裂，短纤维炭毡炭/炭复合材料的断裂方式为脆性断裂，针刺炭纤维毡毡炭/炭复合材料表现出明显的假塑性断裂；由高织构热解炭组成的炭/炭复合材料力学强度高于低织构热解炭。热处理后，炭/炭复合材料的力学性能随着热处理温度的提高而降低。 5.研究了炭/炭复合材料的非等温氧化行为，研究发现：炭/炭复合材料的非等温氧化分为化学反应控制和气体扩散控制。同时发现，热解炭的织构对与炭/炭复合材料的氧化有很大的影响，中织构比高织构热解炭有更高的氧化反应活性。活化能的计算表明，热解炭织构对于炭/炭复合材料的影响随温度的升高而逐渐降低。 |
| 英文摘要 | Carbon/carbon composite possesses excellent properties and is widely applied to key thermal structural materials of aerospace vehicle. On the base of the experimental investigation and theoretical analyses, the effect of chemical vapor infiltration (CVI) parameters on microstructures of pyrolytic carbon has been investigated. The influence of microsturcture on the properties of pyrolytic carbon and carbon/carbon composite were investigated and studied systematically. The main contents and conclusions in the study were summarized as follows. |
| 公开日期 | 2013-09-17 |
| 页码 | 147 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1512]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 于守泉. 热解炭微观结构调控及其对炭/炭复合材料性能的影响[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：过程工程研究所
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