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块体各向同性热解炭的制备研究

作　者: 谭瑞轩
导　师: 黄启忠
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: CVD 各向同性热解炭密度微观结构
分类号: TQ127.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 7次
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内容摘要

各向同性热解炭具有高强度、高硬度、低摩擦系数和低磨损量等优点。其块体材料制造的动密封环可用于导弹,潜艇或直升机上等苛刻工作环境下的动密封装置。一般国内外制备块体各向同性热解炭材料采用的都是机械流态化床法。该方法存在着条件控制困难及材料容易夹杂等缺点。本实验利用工频交变电流产生的电磁场对碳源气体进行电磁场流态化来制备块体各向同性炭。这种方法有着设备简单,控制方便及不容易引入杂质等优点。本实验采用自行设计的化学气相沉积炉,以丙烯作碳源气体,N2作稀释气体利用微正压条件,在1000-1300℃下进行气相沉积,制备得到了块体各向同性热解炭材料。表征了所得材料的密度和显微硬度,并分别利用偏光显微镜、SEM、XRD等方法对热解炭的微观结构、孔隙率、石墨化度等性能进行了分析,并以此为根据尝试讨论了块体热解炭的沉积机理与简单模型。通过对沉积温度、碳源气体组成、碳源气体浓度等参数的优化发现：在1300℃下,丙烯流量为0.2 L/min、氢气流量为0.3 L/min、氮气流量为4 L/min时制得的样品平均密度最高。其平均密度为1.67g/cm~3,局部最高密度达到了1.93 g/cm~3

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章前言  7-22
  1.1 热解炭材料的分类  7-8
    1.1.1 根据消光角对热解炭材料分类  7-8
    1.1.2 根据取向角对热解炭材料分类  8
  1.2 热解炭材料的表征  8-13
    1.2.1 偏光显微镜  8-10
    1.2.2 透射电镜  10-11
    1.2.3 X射线衍射  11-12
    1.2.4 拉曼光谱  12-13
    1.2.5 扫描电镜  13
  1.3 热解炭的制备工艺  13-15
    1.3.1 化学气相沉积(CVD)  14
    1.3.2 稳态流化床法  14-15
  1.4 热解炭的沉积机理  15-17
    1.4.1 分子沉积机理  15-16
    1.4.2 固态粒子机理  16
    1.4.3 液滴机理  16
    1.4.4 粘滞小滴机理  16-17
  1.5 影响热解炭微观结构的工艺参数  17-21
    1.5.1 沉积温度、系统压力、碳源浓度、碳源分压等的影响  17-19
    1.5.2 气体滞留时间的影响  19-20
    1.5.3 As/VR值的影响  20-21
  1.6 本研究主要内容  21-22
第二章实验方法  22-31
  2.1 引言  22
  2.2 实验样品及设备  22-27
    2.2.1 实验样品的制备  22-23
    2.2.2 微正压CVD炉  23-26
    2.2.3 实验参数的设置  26-27
  2.3 样品的检测与分析  27-31
    2.3.1 表观密度  27-28
    2.3.2 显微硬度测试  28-29
    2.3.3 石墨化度分析  29
    2.3.4 金相观察  29-30
    2.3.5 扫描电镜分析(SEM)  30-31
第三章实验结果与讨论  31-66
  3.1 密度与硬度分析  31-35
    3.1.1 密度分析  31-34
    3.1.2 硬度分析  34-35
  3.2 金相分析  35-42
    3.2.1 块体热解炭的偏光效应  35-37
    3.2.2 记忆效应  37-38
    3.2.3 孔隙形貌和孔隙度的分析  38-40
    3.2.4 结构均匀性分析  40-42
  3.3 扫描电镜分析  42-51
    3.3.1 普通SEM分析  42-46
    3.3.2 场发射SEM分析  46-51
  3.4 XRD分析  51-52
  3.5 块体热解炭沉积机理  52-59
    3.5.1 各向异性炭的沉积机理  52-57
    3.5.2 各向同性炭的沉积机理  57-59
  3.6 沉积参数优化  59-66
    3.6.1 温度  60-61
    3.6.2 氢气  61-62
    3.6.3 气体浓度的影响  62-63
    3.6.4 气体流量流速的影响  63-64
    3.6.5 最优化参数  64-66
第四章结论  66-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
硕士期间发表的论文  71

块体各向同性热解炭的制备研究

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