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热解碳沉积工艺及冷态喷动模拟实验研究

作　者: 李拥秋
导　师: 袁支润
学　校: 四川大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 热解碳喷动流化床沉积工艺冷态模拟实验试件的运动
分类号: TQ127.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

热解碳具有许多独特和优良的物理、化学和生物性质，而广泛用于核能、航天航空、电能、生物医学工程等领域，但其生成机理、性质和工艺条件的优化有待进一步的研究和改进，故开展与该课题相关的研究有重要的理论意义和社会经济效益。本文在探讨了热解碳的结构、性质、生成机理和相关工艺参数的基础上，通过冷态模拟实验寻求异型实用试件沉积坠底等问题的解决方法。本文研究的主要内容及结论如下： 1．在研究、分析国内外热解碳沉积工艺现状的基础上，提出热解碳是介于晶形碳(如石墨)与非晶形碳(如碳黑)之间的一类过渡碳，沉积速率和热解温度是导致碳黑或石墨出现的主要因素。 2．对比分析了流化床、喷动床的特点之后，提出了在喷动流化床中沉积热解碳既能调节热解沉积速率，减少幅产物，获得纯度更高的热解碳；又能通过合理的工艺参数组合使试件浮动在沉积区而涂覆更均匀。 3．提出了热解碳沉积工艺条件间的相互关系，通过计算机精确控制工艺参数来获得所需性质的热解碳，为提高热解碳成品率提供理论指导。 4．通过冷态喷动模拟实验，研究并解决了双面异型碳质人工机械心瓣在模拟喷动床内不断浮动而不下坠的问题，为解决在高温下因试件坠落停止不动而导致涂层失败提供指导。

全文目录

1 绪论  9-15
  1.1 生物材料与热解碳  9-10
  1.2 热解碳的应用  10-13
    1.2.1 核能领域的应用  10-11
    1.2.2 生物医学工程领域的应用  11-12
    1.2.3 电能工程中的应用  12
    1.2.4 纳米碳技术中的应用  12-13
    1.2.5 航空领域中的应用  13
  1.3 热解碳沉积工艺的研究现状  13
  1.4 基体在流化床中的运动研究  13-14
  1.5 本文研究的主要内容  14-15
2 热解碳生成机理  15-33
  2.1 碳族材料  15-22
    2.1.1 晶形碳  15-19
    2.1.2 无定形碳  19-20
    2.1.3 过渡态碳  20-21
    2.1.4 制备热解碳时伴随着碳黑或石墨的出现  21-22
  2.2 热解碳机理  22-26
    2.2.1 碳原子的形成机理  22-24
    2.2.2 热解碳的沉积机理  24-26
  2.3 热解碳的分类、结构及性质  26-29
    2.3.1 热解碳的分类  26-27
      2.3.1.1 按微观结构分类  26-27
      2.3.1.2 按热解温度分类  27
    2.3.2 热解碳的性质  27-29
  2.4 热解碳的改性  29-32
    2.4.1 加入硅  29-30
    2.4.2 加入钛  30-31
    2.4.3 注入氮离子  31
    2.4.4 其他改性方法  31-32
  2.5 本章小结  32-33
3 流态化和流化床  33-41
  3.1 流态化  33-35
    3.1.1 流化颗粒  33-34
    3.1.2 流化床内流场和流型  34-35
  3.2 流化床的类型  35-37
  3.3 喷动床  37-40
    3.3.1 喷动床的结构  37-38
    3.3.2 喷动床内的流型  38-40
  3.4 本章小结  40-41
4 热解碳沉积的工艺条件  41-49
  4.1 在喷动床中制备热解碳的工艺条件  41-48
    4.1.1 热解碳的性质与工艺条件的关系  42-45
      4.1.1.1 沉积速率  42-43
      4.1.1.2 密度和晶粒尺寸  43-45
      4.1.1.3 Bacon各向异性因子(BAF)  45
    4.1.2 沉积工艺条件间的关系  45-48
      4.1.2.1 热解气体  46
      4.1.2.2 热解气体浓度和混合气体总流量  46-47
      4.1.2.3 热解温度  47
      4.1.2.4 热解时间与床层面积  47-48
  4.2 其他  48
  4.3 本章小结  48-49
5 喷动床的数值模拟及冷态模拟实验  49-80
  5.1 喷动床反应段流场的数值模拟  49-61
    5.1.1 几何模型  49-50
    5.1.2 数学模型  50-51
    5.1.3 计算边界条件  51
    5.1.4 计算方法  51-52
    5.1.5 计算结果  52-61
  5.2 冷态喷动床设计  61-64
    5.2.1 喷动速度  61-62
    5.2.2 喷动床尺寸  62-64
  5.3 冷态喷动模拟实验  64-68
    5.3.1 实验目的及难点  64
    5.3.2 实验装置  64-66
    5.3.3 实验方法  66
    5.3.4 流程控制  66-68
  5.4 实验结果分析  68-78
    5.4.1 实验现象  68-70
    5.4.2 结果分析与讨论  70-78
      5.4.2.1 气流量对试件运动的影响  70-71
      5.4.2.2 载流子对试件运动的影响  71-72
      5.4.2.3 气体分布器对试件运动的影响  72-74
      5.4.2.4 倒锥角对试件运动的影响  74
      5.4.2.5 装置顶盖对试件运动的影响  74-75
      5.4.2.6 综合受力分析  75-78
  5.5 冷态实验与热态实验的差异  78-79
  5.6 本章小结  79-80
6.结果分析和讨论  80-81
7.后续工作建议  81-82
参考文献  82-87

热解碳沉积工艺及冷态喷动模拟实验研究

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