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.     

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.     

化学液气相沉积制备炭/炭复合材料的机理及研究进展

介绍了化学液气相沉积研究开发的背景、工艺设备装置及沉积机理；分析了该工艺的实质；概述了该工艺存在的问题及国内外对该工艺的研究进展。     

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.Huettinger等提出的沉积模型。     

人工神经网络用于炭/炭复合材料CVD SiC涂层的研究

炭／炭复合材料抗氧化涂层是该材料可否用于高温结构件的关键。将人工神经网络用于ＣＶＤＳｉＣ抗氧化涂层的建模,试图解决该过程影响因素复杂、数学模型难于建立、无法对整个过程进行有效预测和控制的问题。初步探讨表明,采用人工神经网络建模,可以比较确切与全面地反映ＣＶＤＳｉＣ涂层过程的影响因素和内在规律,预测的工艺参数与沉积速率的关系同实验结果吻合较好,由此证实了将人工神经网络应用于抗氧化涂层制备系统是可行的     

人工神经网络用于炭／炭复合材料CVD SiC涂层的研究

炭／炭复合材料抗氧化涂层是该材料可否用于高温结构件的关键。将人工神经网络用于CVDSiC抗氧化涂层的建模,试图解决该过程影响因素复杂、数学模型难于建立、无法对整个过程进行有效预测和控制的问题。初步探讨表明,采用人工神经网络建模,可以比较确切与全面地反映CVDSiC涂层过程的影响因素和内在规律,预测的工艺参数与沉积速率的关系同实验结果吻合较好,由此证实了将人工神经网络应用于抗氧化涂层制备系统是可行的。     

镍催化制备炭/炭复合材料

利用催化化学气相沉积法制备炭／炭复合材料，研究了反应温度、前驱体气体含量、催化剂含量和时间对所制备的炭／炭复合材料密度的影响，采用扫描电镜观察分析了基体碳的形貌。结果表明，利用催化剂镍可制取密度达1．594g／cm^3的炭／炭复合材料，并有晶须状基体碳生成。在各种工艺参数中，对炭／炭复合材料的密度影响最大的是温度和前驱体气体，其次为催化剂含量，最后是时间。     

Ni/SiO2催化制备炭/炭复合材料研究

利用常规化学气相渗透工艺，在针刺炭布预制体中添加3．5％，4．O％Ni／SiO2负载型金属催化剂，以丙烯作碳源气体，在750-900℃下，经过100h的沉积，炭／炭（C／C）复合材料的密度达到1．65g／cm^3，其催化沉积炭的速率比不舍催化剂时提高了3倍以上。该材料经高温处理后，氧化失重率低，氧化起始温度高。应用扫描电镜（SEM），X射线衍射分析（XRD）和光学显微镜观察了基体炭的形貌，分析了催化沉积炭和抗氧化机理。实验结果证明，用该催化化学气相渗透法制备C／C复合材料，周期短，成本低，抗氧化性能好。     

以环己烷为前驱体制备炭/炭复合材料

以环己烷为前驱体利用化学液气相沉积工艺,采用针刺炭纤维毡为预制体,制备了具有光滑层和粗糙层结构的炭/炭复合材料。利用金相显微镜、高分辨扫描电子显微镜进行了材料的微观组织结构的分析,分析了在不同位置不同织构热解炭的形成机理。同时阐述了化学液气相沉积工艺原理。实验结果表明,通过调整工艺参数,利用化学液气相沉积工艺可以制备具有不同微观组织结构的炭/炭复合材料。     

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。     

旋转CVI快速沉积热解碳基体

采用一种新的CVI工艺(旋转CVI)进行了二维碳布沉积热解碳基体的实验研究.通过实验优化工艺参数,在低压(5 kPa)、高温(1 100 ℃)、体积分数为62.5%的C3H6与3.5 mm.min-1的碳布旋转线速度条件下,获得了微观孔隙中0.25 μm.h-1的热解碳沉积速度、约7%的C3H6转化率与理想的热解碳基体形貌.分析了旋转CVI工艺中沉积温度和C3H6浓度等分别对沉积速度、热解碳基体形貌及C3H6转化率的影响.     

碳/碳复合材料等温化学气相渗透工艺模糊系统建模

等温化学气相渗透(chemical vapor infiltration，CVI)是制备陶瓷基和碳基复合材料重要的传统工艺，该工艺主要的不足之处是周期极长，因此，优化工艺参数、提高沉积效率是目前等温CVI工艺研究的重点。在实验样本的基础上，利用遗传算法来自动获取和优化模糊规则，从而建立了碳／碳复合材料等温CVI工艺模糊系统。通过系统对训练样本和测试样本的输出，可以看出：系统具有较高的精度和泛化能力。利用该系统，得到了沉积温度、纤维体积分数和沉积室压强等参数对等温CVI工艺的影响规律，对实际生产中CVI工艺的制定有指导意义。     

化学液相气化渗透法制备炭/炭复合材料研究的进展

综合评述了化学液相气化渗透(chemical liquid vapor infiltration, CLVI)法制备炭/炭(C/C)复合材料的研究.概述了CLVI法的工艺特点及其快速致密的原理,并分别从预制体形状、发热体加热方式、前驱体种类等方面介绍了近年来各种改进的CLVI工艺.分析了制备方式、温度以及前驱体种类等对热解炭微观结构的影响.展望了CLVI法制备C/C复合材料的发展趋势.综合分析表明:目前,CLVI法尚不能满足应用于工业化生产的要求,今后将向多试样沉积、低能量消耗、前驱体高利用率等方向发展.     

低压化学气相沉积制备掺硼碳薄膜及其表征

以BCl3和C3H6分别作为低压化学气相沉积制备掺硼碳材料的硼源和碳源,采用热壁化学气相沉积炉,于1 100℃在碳纤维基底上制备了掺硼碳薄膜.采用扫描电镜、X射线衍射和X射线光电子能谱对样品作了表征.结果表明:产物表面光滑,断面呈细密的片层状结构,产物由B4C和石墨化程度较高的热解碳组成.采用掺硼碳薄膜中含有15%(摩尔分数,下同)硼.硼原子化学键结合状态共有5种,分别是:B4C的中的B-C键,硼原子替代固溶在类石墨结构中形成的B-C键,BC2O和BCO2结构中B-C键和B-O键的混合态,以及B2O3中的B-O键.其中超过40%的硼原子以替代固溶的形式存在于热解碳的类石墨结构中.     

有限元方法求解化学气相淀积反应器模型(Ⅰ)——冷壁反应器模型及有限元解

建立了冷壁化学气相淀积反应器的数学模型,用Galerkin有限元方法对模型予以求解.计算中考虑了温度对物性参数的影响及自然对流因素,计算值和实验结果基本上一致.     

CVI法快速制备C/SiC复合材料

为缩短CVI法制备C／SiC复合材料的工艺周期并降低成本，研究了CVI工艺过程中沉积温度、MTS（CH3SiC3)摩尔分数和气体流量对SiC沉积速率和MTS有效利用率的影响，实验结果表明：提高沉积温度，常压下1100℃时增大MTS摩尔分数（11％→19％），都有利于提高SiC沉积速率；提高沉积温度和降低反应物气体流量，能提高MTS有效利用率，在优化的工艺条件下，预制体的微观孔隙内沉积了致密的SiC基体，沉积速率达到142μm/h左右，并有效消除了基体中裂纹的形成，MTS的有效利用率为11％－27％。     

常压化学气相沉积法制备氟掺杂TiO_2自清洁薄膜

以四异丙醇钛[Ti(OC3H7)4,TTIP]和三氟乙醇(CF3CH2OH,TFE)为前驱体,采用常压化学气相沉积制备了氟(F)掺杂TiO2自清洁薄膜。通过扫描电镜、X射线衍射、紫外-可见透射光谱等手段对样品进行分析,研究了前驱体TFE的流量与薄膜性能之间的关系。结果表明:前驱体TFE的引入会在TiO2中掺入F并抑制薄膜中锐钛矿相的形成。光催化性能和亲水性能测试表明,沉积F掺杂TiO2薄膜的最佳TFE流量为5.94L/min。     

等离子体化学气相沉积法合成石英玻璃

用高频等离子体作为热源,采用化学气相沉积法合成了石英玻璃样品.实验分别使用02和空气作为等离子体电离气体和冷却保护气体,改变等离子体电离工作气体种类时,等离子体火焰长度和石英玻璃沉积温度变化较大,而灯具冷却保护气体的改变对等离子火焰长度和石英玻璃沉积温度的影响不大.当等离子体电离气体和灯具保护气体均为O2时,等离子体火焰长度为12cm,石英基体温度为1 300℃,当等离子体电离气体和灯具保护气体均为空气时,等离子体火焰长度可达24cm,石英基体温度升高到l 840℃,可确保气相沉积过程进行,合成的石英玻璃在波长190nm处光透过率达84%,羟基含量3.5×10-6,可达到全光谱透过的要求.     

化学气相沉积法生长透明硒化锌多晶

采用化学气相沉积(CVD)法,在Zn-Se-Hz-Ar体系中生长了用于红外光学窗口的ZnSe透明多晶体。测定了ZnSe样品的XRD谱和红外透过光谱,用光学显微镜观察了样品的显微形貌;讨论了CVD工艺中生长参数对ZnSe晶体质量的影响。研究结果表明：通过优化的生长工艺,生长温度在500～750℃,压力在100～1500Pa的范围内,可以制备出高质量ZnSe多晶体;在8～12μm波段范围内,其红外透过率达70％以上。