電磁場(chǎng)化學(xué)氣相沉積制備各向同性熱解炭及微觀結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、本論文在課題組前期研究提出的電磁場(chǎng)化學(xué)氣相沉積原理基礎(chǔ)上,提出了微正壓和負(fù)壓化學(xué)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(shè)計(jì)的化學(xué)氣相沉積爐,以石墨為沉積基體、丙烯為碳源氣體、氮?dú)夂蜌錃鉃橄♂寶怏w和載氣,在溫度為1000～1400℃、丙烯流量范圍為0.1～1.0L/min、氮?dú)饬髁糠秶鸀?～15 L/min、氫氣流量范圍為0～0.6 L/min、沉積時(shí)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(duì)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(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明,材料的石墨化度小于20％,其在偏振光下材料無(wú)任何光學(xué)活性和生長(zhǎng)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(qiáng)度。結(jié)果表明,材料的顯微硬度、抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度隨材料的密度增大而增大。
　　 對(duì)影響各向同性熱解炭沉積的關(guān)鍵參數(shù)-沉積溫度和碳源氣體濃度進(jìn)行了考察,結(jié)合材料的微觀結(jié)構(gòu)分析及力學(xué)性能分析結(jié)果,得到微正壓及負(fù)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(xué)氣相沉積工藝采用溫度1300℃、丙烯流量0.2 L/

4、min、氮?dú)饬髁? L/min、氫氣流量0.6 L/min的工藝參數(shù)時(shí),制備的材料密度達(dá)到1.76 g/cm3,孔隙率為6.3％;負(fù)壓化學(xué)氣相沉積工藝采用溫度1300℃、丙烯流量0.2 L/min、氮?dú)饬髁?.3 L/min、氫氣流量0.2 L/min的工藝參數(shù)時(shí),制備的材料密度可達(dá)1.72 g/cm3,孔隙率為5.5％。
　　 論文結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果探討了電磁場(chǎng)流態(tài)化制備各向同性熱解炭的沉積原理,認(rèn)為電磁場(chǎng)的存在促進(jìn)了各向同性熱解炭