化学气相沉积低温热解炭的微观组织结构与沉积模型

利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)结合选取电子衍射(SAED)研究了化学气相沉积低温热解炭的微观组织结构。结果表明:低温热解炭是由直径小于2μm的球形颗粒状炭组成,该球形颗粒状炭的核心是炭黑颗粒,外层为中织构热解炭。其沉积过程主要经历了:微小炭黑颗粒的萌生,炭黑颗粒外层的生长,炭颗粒表面热解炭的沉积和炭颗粒的聚集长大四个过程。

化学气相沉积与渗透过程中热解炭织态结构生成机理研究(英文)

为研究热解炭织态结构的生成规律,采用不同压强的甲烷为碳源,在1 100℃条件下进行了化学气相沉积和化学气相渗透实验。化学气相沉积以具有不同表面积/自由体积比([A/V]值)的直通方形多孔陶瓷为基体;化学气相渗透实验在直径为1mm细直孔内表面沉积和对炭纤维体积分数为7%的炭毡进行致密化。借助正交偏光显微镜(消光角)和透射电子显微镜(定向角)对在不同实验条件下制备的热解炭进行分析和定量表征。研究发现:热解炭的织态结构可以在两种不同的沉积条件下形成。当甲烷压强较低时为化学生长阶段;当甲烷压强较高时为物理形核阶段。在化学生长控制阶段,热解炭的织态结构可以利用之前提出的“颗粒填充模型(P-F模型)”加以解释。该模型假设高织构热解炭的沉积一定对应于气相中存在具有合适比例的芳香化合物(例如苯)和线性小分子(主要是C2H2),当二者的浓度比偏离该最优比(或者偏大,或者偏小),均将导致中织构甚至低织构热解炭的生成。在化学生成控制阶段,化学气相沉积和化学气相渗透对热解炭织态结构影响的差别,除了[A/V]值而外,还有氢气的作用。在化学气相渗透过程中,基体内部生成的氢气快速扩散至基体表面,使内外沉积速率和织态结构均发生较大变化。

化学气相沉积热解炭机理及其化学动力学

综述了化学气相沉积热解炭的沉积机理、化学动力学的发展状况及一些基本理论问题 ,着重介绍了K.J.

氢气对化学气相沉积热解炭的影响

为了研究氢气载气对化学气相沉积微环境的影响,自行设计了化学气相沉积炉并在900℃,丙烯/载气体积比为1∶10(载气分别设定为氢气和氮气),微正压条件下在石墨纸基体上进行化学气相沉积。利用气相色谱仪、气-质联用仪分析了沉积区域的沉积基元中间产物,利用扫描电镜、拉曼光谱分析了热解炭的微观结构。结果表明,与氮气载气相比,氢气载气抑制了热解炭的沉积,降低了热解炭的织构,这主要是由于氢气改变了沉积区域中小分子烃/大分子芳香烃比造成的。

SiC纤维束界面层连续化学气相沉积设备研制

SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料具有低密度、耐高温、高强韧性的优异性能,是新型航空发动机热端部件的理想结构材料。界面层决定了SiCf/SiC复合材料增韧效果等关键性能,其制备对于复合材料工程化应用至关重要。我国在SiC纤维束界面层制备的研究应用方面明显滞后,存在的主要问题之一是缺乏可连续化学气相沉积制备均匀、一致、质量稳定的界面层的设备。针对该问题,设计了可在SiC纤维束基体上连续沉积界面层的设备;通过纤维运送机构实现了SiC纤维束的连续运送,且速度、张力可控,同时对设备的低压密封系统提出了气氛分隔设计,实现了将反应气氛约束在反应区内的目的,并通过模拟仿真进行了验证。

化学气相沉积炭/炭复合材料研究进展

炭/炭复合材料被成功用于许多领域,主要用作抗烧蚀、热防护和刹车材料,如飞机的刹车盘、导弹的头锥等。化学气相沉积是制备炭/炭复合材料的关键技术,本文阐述了炭/炭复合材料化学气相沉积工艺原理,论述了化学气相沉积热解炭机理的研究现状,介绍了不同种类化学气相沉积工艺的特点,以及化学气相沉积工艺计算机数值模拟技术的研究进展。提出了炭/炭复合材料化学气相沉积技术的研究方向和发展趋势。

化学气相沉积(CVD)炭/炭复合材料(C/C)研究现状

主要介绍了炭/炭复合材料(C/C)的化学气相沉积(CVD)制备方法及其影响因素,以及热解炭的组织与沉积机理。概括了CVD的基本方法,如等温法、压差法、热梯度法等。分析了温度、气流速率、气体浓度、预制体及孔隙的形状大小状况等对CVD过程的影响。列举了热解炭的组织,包括光滑层、粗糙层、各向同性体碳以及它们的变体,并对其生长特征及性能进行了较详细的描述。综述了热解炭的沉积机理,典型的有分子沉积、固态沉积、液滴沉积机理等。

CH_4化学气相渗透沉积提高焦炭热性质研究

热解炭化学气相渗透沉积具有填充和修整焦炭气孔的功能,利用甲烷高温裂解生成的热解炭在焦炭内外表面渗透沉积可达到提高焦炭热性质的目的。试验结果显示,经过渗透沉积的焦炭抗CO2 反应能力大幅提高,CRI和CSR 明显改善,分别从31 04%降低到20 28%和从63 24%提高到77 69%。此外,试验还发现,反应的最佳条件为甲烷混合气的体积分数为47%,在51 L/h的流量和1 000 ℃的温度下反应6 h。

炭/炭复合材料化学液气相沉积致密化技术研究

介绍了炭/炭复合材料化学液气相沉积工艺的基本原理。化学液气相沉积工艺与热梯度化学气相沉积工艺在本质上是相同的,不同之处是化学液气相沉积用液态烃作前驱体,提高了原料的利用率,加快热解炭沉积的速率。研究了不同沉积温度对炭/炭复合材料微观组织结构的影响。采用偏光显微镜观察了材料的粗糙层、光滑层热解炭微观组织结构。研究发现用环己烷作前驱体当沉积温度为1 100℃时可以得到粗糙层结构的热解炭。

热梯度化学气相沉积工艺制备炭/炭复合材料

阐明了热梯度化学气相沉积工艺(CVI)的优越性和用于制备炭/炭复合材料的热梯度化学气相沉积工艺原理;壁冷式热梯度CVI工艺克服了等温化学气相沉积易形成闭孔的缺陷,实现了快速均匀致密化;热梯度CVI工艺设备简单且安全系数高,所制备的炭/炭复合材料密度均匀性好,通过控制工艺参数,利用热梯度CVI工艺可以制备不同微观组织结构的热解炭。

化学气相沉积法碳包覆改性锂离子电池电极材料的研究进展

主要介绍了CVD碳包覆工艺、包覆层种类和物理性质(结构、含量和分布)对电极材料电化学性能(首次容量、首次库仑效率、循环和倍率充放电性能等)的影响,在此基础上提出了尚需深入研究的问题,并对CVD法碳包覆改性电极材料的发展趋势和前景进行了讨论。

以丙烯为碳源气的化学气相沉积模型

以丙烯为碳源气,考察了热解炭在化学气相沉积中的生长过程:包括丙烯裂解后的脱氢、断链、歧化以及加成等复杂的化学过程,还包括裂解产物在气相中通过在自由活化点上(基体表面或聚合芳香烃网平面边缘处)的加成反应以及在基体表面通过物理吸附进行堆积的过程。不同结构热解炭的生成,主要取决于丙烯裂解后的中间产物在基准面进行加成反应后的产物。

制备温度对热解炭包覆磷酸铁锂/气相生长炭纤维复合正极材料的影响

采用微波化学气相沉积法一步合成了热解炭包覆磷酸铁锂/气相生长炭纤维复合正极材料.借助X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电镜和电化学测试仪等测试手段研究了不同制备温度对材料晶体结构、显微形貌和电化学性能的影响.结果表明,当制备温度由500℃升至600℃时,磷酸铁锂主晶相的颗粒尺寸没有发生明显变化,而原位VGCF的网络程度却明显增加,材料的放电比容量随之提高;当制备温度进一步升高到700℃时,磷酸铁锂颗粒异常生长现象加剧,VGCF直径较大且粗细不均,材料的电化学性能变差.研究发现,当温度为600℃时,材料表现出较优的电化学性能,25℃在0.2C、0.5C、1C和3C倍率下的放电比容量分别可达163、159、153和143mAh/g.

化学液气相沉积C/C复合材料研究进展

化学液气相沉积技术是目前最快的C/C复合材料的制备工艺,它的致密化速度是传统等温化学气相沉积工艺的100倍。本文阐述化学液气相沉积工艺的优越性和用于制备C/C复合材料的工艺原理;讨论化学液气相沉积热解炭的微观组织结构和工艺的计算机数值模拟的研究进展,最后展望化学液气相致密化技术的发展和应用前景。

泡沫铜表面改性对化学气相沉积高质量泡沫金刚石的影响

目的选择合适的过渡层材料改善三维连通泡沫铜衬底与金刚石之间的结合性,制备出三维连通结构的泡沫金刚石。方法选择三维连通的泡沫铜作为衬底,使用磁控溅射技术在其表面沉积Ti、Cr过渡层,然后通过热丝化学气相沉积技术(HFCVD)在表面改性后的泡沫铜衬底上沉积金刚石涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、拉曼光谱仪及红外热成像仪等仪器,对样品的表面/截面形貌、成分结构及热扩散性能进行检测与分析。结果经过Ti、Cr过渡层改性后,泡沫铜表面均能沉积出连续致密的高质量金刚石涂层,在相同的CVD沉积参数下,Cr过渡层泡沫金刚石(Cu-Cr/Dia)的晶粒尺寸更大(~5μm),晶粒质量更高,且膜层厚度大于Ti过渡层泡沫金刚石(Cu-Ti/Dia),Cu-Ti/Dia与铜衬底的结合性要优于Cu-Cr/Dia。Cu-Cr/Dia和Cu-Ti/Dia的热扩散性能均优于泡沫铜,其中Cu-Cr/Dia的热扩散能力略高于Cu-Ti/Dia。结论镀覆Ti、Cr过渡层有效增强了金刚石与泡沫铜衬底之间的界面结合,成功制备了三维连通结构的泡沫金刚石。

在氧化铁表面沉积热解炭及其气化与还原

采用流动反应器研究了丙烯热解和在铁黄颗粒表面生成热解炭的化学热力学以及化学气相沉积(CVD)过程。发现在600℃之前丙烯热解发生的化学气相沉积基本为表面反应过程;在热解炭沉积过程中铁黄颗粒的比表面积迅速减少,同时由于脱去水分而发生失重;随着温度的升高,Fe2O3逐渐被还原为Fe3O4和FeO,在800℃以上Fe2O3完全被还原为Fe3C。在化学气相沉积过程中,500℃以前铁黄可以保持大长径比形貌,在600℃～700℃之间则生成长径比较小的哑铃型颗粒。非球形氧化铁颗粒在氢气还原过程中能够保持原有形状,同时被还原成为单质铁。上述化学气相沉积和气化过程可以用于制备热解炭包覆的或者纯净的非球形铁颗粒材料。

天然石墨球-热解炭核壳结构的制备及电化学性能研究(英文)

通过化学气相沉积的方法,以乙炔为碳源,天然石墨球为原料,采用不同流化床CVD工艺和不同的反应时间,制备出具有光滑表面或颗粒状热解炭包覆层的核-壳构型改性天然石墨球。改性天然石墨球的核体是具有高度有序石墨结构的天然石墨,而壳体是无序结构的热解炭。与天然石墨球相比,具有核-壳结构的改性天然石墨球的首次库仑效率和循环性能都得到显著改善。尤其是具有颗粒状热解炭包覆层的改性石墨具有优异的循环性能,在41次循环后其放电容量仍为首次容量的84%,这一改善归因于表面沉积的颗粒状热解炭有效地降低了改性天然石墨颗粒之间的接触电阻和增加了接触面积。

制备致密热解炭层的新工艺研究

致密热解炭在工业各个技术部门正在得到广泛的应用。本文介绍采用丙烯（Ｃ３Ｈ６）和乙炔（Ｃ２Ｈ２）的混合气体制备致密热解炭层的新工艺，以消除只用丙烯作为反应气体时产生的热效应问题，讨论了沉积温度、反应气体浓度对致密热解炭层性能的影响。

沉积表面粗糙度对热解炭组织结构的影响

详细分析了等温CVD法在不同粗糙度的表面沉积的热解炭的组织 ,主要对组织类型及微观形貌特征作了详细描述 ,并且分析了组织形成的机理 ,首次指出热解炭的反复成核和生长机理。用偏光显微照片中的热解炭组织与断口SEM形貌作对比 ,证明了反复成核生长机理的实际存在。

CVD制备各向同性热解炭的微观结构表征及沉积机制研究

利用化学气相沉积设备及自行设计的沉积室,以高纯石墨为沉积基体,天然气为前驱体,沉积温度1200℃,在不同气体流量下(0.10,0.15,0.20m3/h)制备出了各向同性热解炭块体材料。利用XRD、Raman、SEM、TEM分析手段对材料的微观结构进行了研究。结果表明:各向同性热解炭由粒径为1.5～2.5μm的颗粒组成;热解炭微晶的Lc和La随着气体流量的增加而增大;TEM中选区电子衍射图谱中d002环为圆环,取向角为180°,定量地揭示制备的热解炭为各向同性。