電磁場化學氣相沉積制備各向同性熱解炭及微觀結構研究.pdf

1、本論文在課題組前期研究提出的電磁場化學氣相沉積原理基礎上,提出了微正壓和負壓化學氣相沉積兩種制備高密度塊體各向同性熱解炭材料的新型工藝。論文采用自行設計的化學氣相沉積爐,以石墨為沉積基體、丙烯為碳源氣體、氮氣和氫氣為稀釋氣體和載氣,在溫度為1000～1400℃、丙烯流量范圍為0.1～1.0L/min、氮氣流量范圍為0～15 L/min、氫氣流量范圍為0～0.6 L/min、沉積時間為20h～40h的工藝條件下,制得平均密度為1.03～1

2、.76g/cm3、厚度2～22mm的各向同性熱解炭材料。
　　 利用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、偏光顯微鏡、透射電子顯微鏡對所制得各向同性熱解炭的石墨化度、斷口形貌及微觀組織結構進行了系統(tǒng)研究。結果表明,材料的石墨化度小于20％,其在偏振光下材料無任何光學活性和生長特征,符合各向同性熱解炭的特征;材料存在孔徑不等的微小孔隙,且隨著材料密度的提高,孔隙形貌更加均勻、孔徑更小。斷口形貌表明,各向同性熱解炭由直徑100nm～3μm的

3、球形或近球形顆粒狀熱解炭組成,且顆粒之間發(fā)生融并現(xiàn)象,融并范圍隨材料密度提高而增大。此外,考察了材料的顯微硬度及抗彎和抗壓強度。結果表明,材料的顯微硬度、抗彎強度、抗壓強度隨材料的密度增大而增大。
　　 對影響各向同性熱解炭沉積的關鍵參數(shù)-沉積溫度和碳源氣體濃度進行了考察,結合材料的微觀結構分析及力學性能分析結果,得到微正壓及負壓工藝制備各向同性熱解炭的優(yōu)化工藝參數(shù):微正壓化學氣相沉積工藝采用溫度1300℃、丙烯流量0.2 L/

4、min、氮氣流量4 L/min、氫氣流量0.6 L/min的工藝參數(shù)時,制備的材料密度達到1.76 g/cm3,孔隙率為6.3％;負壓化學氣相沉積工藝采用溫度1300℃、丙烯流量0.2 L/min、氮氣流量0.3 L/min、氫氣流量0.2 L/min的工藝參數(shù)時,制備的材料密度可達1.72 g/cm3,孔隙率為5.5％。
　　 論文結合實驗結果探討了電磁場流態(tài)化制備各向同性熱解炭的沉積原理,認為電磁場的存在促進了各向同性熱解炭