淺淺(qian)概述(shu)碳碳復(fu)合材(cai)料新(xin)等溫(wen)等壓(ya) CVI 法特(te)點和(he)效果
　　

    2001 年(nian) , 德(de)國(guo) Karlsruhe 大學研(yan)究組(zu)報道了(le) 壹種關(guan)於 CVI 的(de)新(xin)理(li)論和(he)相(xiang)應的(de)驗(yan)證實驗(yan)  , 在實(shi)驗(yan)中(zhong)使用(yong)了(le)直徑 1 1 1 mm , 長(chang)度(du) 32 1 5 mm 的(de)毛(mao)細孔來(lai)模擬(ni)孔隙 . 用(yong)甲(jia)烷(wan)作(zuo)為(wei)氣(qi)源進(jin)行(xing)沈積(ji) , 其溫度為 1 100℃和(he) 1 125 ℃ , 甲烷(wan)壓(ya)力範(fan)圍(wei) 10 - 30 KPa , 不(bu)同(tong)流(liu)速氣(qi)體(ti)對應的(de)滯(zhi)留時(shi)間(jian)為(wei) 0 1 08 ,0 1 2 ,0 1 5 s. 實驗(yan)發(fa)現 , 當(dang)毛細(xi)孔外的(de)氣(qi)相(xiang)反應(ying)進(jin)行(xing)程度(du)被短的(de)氣(qi)體(ti)滯(zhi)留時(shi)間(jian)所(suo)限制時 , 從(cong)毛(mao)細孔口(kou)到(dao)內(nei)部(bu)的(de)沈積(ji)坡度是(shi)增加(jia)的(de) .增大毛細(xi)孔內氣(qi)相(xiang)反應(ying)的(de)進(jin)行(xing)程度(du)、甲烷壓(ya)力和(he)毛細(xi)孔深度(du)均有利於(yu)提高坡度 . 縮(suo)短滯(zhi)留時(shi)間(jian)明(ming)顯(xian)地有助(zhu)於(yu)提高坡度 , 相(xiang)反 , 增長(chang)滯(zhi)留時(shi)間(jian)明(ming)顯(xian)會(hui)減(jian)少(shao)沈積(ji)坡度 . 新(xin)理(li)論認(ren)為 , 在傳統的(de)等(deng)溫等壓(ya) CVI 法中(zhong) , 其基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)是 Kotlenski 在大約 25 年(nian)前(qian)提出來(lai)的(de)  , 當(dang)時 Kotlenski 是(shi)在毛(mao)細(xi)孔外滯留時(shi)間(jian)不(bu)夠(gou)短的(de)情(qing)況下觀(guan)察(cha)到(dao)從(cong)孔口(kou)到(dao)內(nei)部(bu)沈積(ji)坡度減(jian)小(xiao) , 得(de)出了(le) 炭(tan)的(de)化(hua)學氣(qi)相(xiang)滲積(ji)是(shi)被擴(kuo)散控制的(de)錯(cuo)誤(wu)結(jie)論 . 按(an)照此理(li)論 , 要(yao)想減(jian)小(xiao)孔口(kou)處的(de)沈積(ji)速(su)率 , 使(shi)孔口(kou)不(bu)致(zhi)於(yu)過(guo)早(zao)堵(du)死(si) , 使(shi)氣(qi)體(ti)盡(jin)可(ke)能(neng)擴(kuo)散到孔內部(bu) , 在內(nei)部(bu)沈積(ji) , 必須用(yong)低溫 , 特(te)別是要(yao)用(yong)低壓(ya) , 這(zhe)樣就(jiu)造成傳統等溫(wen) CVI 法(fa)的(de)時(shi)間(jian)過(guo)長(chang) , 而且孔口(kou)只(zhi)是(shi)堵(du)塞的(de)慢了(le) , 壹段(duan)時(shi)間(jian)後照(zhao)樣又(you)會(hui)堵(du)死(si) , 所(suo)以(yi)不(bu)得(de)不(bu)加(jia)入(ru)中(zhong)間(jian)高(gao)溫熱處理(li)工序(xu) , 以(yi)打開堵(du)塞的(de)孔口(kou)和(he)中間(jian)機加(jia)工(gong)工序(xu)以(yi)去除表(biao)面(mian)塗層(ceng)硬殼 , 這(zhe)又(you)得(de)占用(yong)大量高能(neng)耗(hao)設備 , 進壹(yi)步造成材(cai)料成本的(de)增加(jia) , 同(tong)時(shi)又(you)浪(lang)費(fei)了(le) 材(cai)料 . 

      因(yin)此研(yan)究提出 , 沈積(ji)過(guo)程中(zhong)甲烷受(shou)熱裂(lie)變(bian)為分(fen)子(zi)量更(geng)大的(de)烴(ting)、環(huan)烴(ting)、芳(fang)香(xiang)烴(ting)或(huo)多(duo)環芳(fang)香(xiang)烴(ting)類化(hua)合物 ,碳沈積(ji)速(su)率隨(sui)分(fen)子(zi)量增大而增大  , 同(tong)時(shi)分(fen)子(zi)量大的(de)烴(ting)擴(kuo)散速率會(hui)減(jian)小(xiao) . 如(ru)果(guo)甲烷在毛(mao)細(xi)孔外滯留時(shi)間(jian)為(wei)無限短的(de)理(li)想情(qing)況下 , 也(ye)即是(shi)其裂變(bian)幾乎都(dou)是(shi)在已進入(ru)毛細(xi)孔後開(kai)始的(de) , 裂(lie)變(bian)生(sheng)成分(fen)子(zi)量大的(de)烴(ting)類和(he)氫 , 其中氫的(de)濃(nong)度很高 . 氫非常(chang)容(rong)易擴(kuo)散出毛(mao)細(xi)孔 , 所以(yi)從(cong)毛細(xi)孔內部(bu)到(dao)孔口(kou) , 氫的(de)濃(nong)度是增加(jia)的(de) . 這(zhe)裏 , 芳(fang)香(xiang)烴(ting)和(he)多(duo)環芳(fang)烴(ting)這(zhe)類大分(fen)子(zi)進行(xing)炭(tan)沈積(ji)時(shi) , 氫起抑(yi)制劑(ji)的(de)作(zuo)用(yong) , 其濃度與抑(yi)制作(zuo)用(yong) 密(mi) 切(qie)相(xiang)關(guan)  . 加之(zhi)高(gao)分(fen)子(zi)化(hua)合物特(te)別是芳(fang)烴(ting)的(de)擴(kuo)散速度(du)非常(chang)低 , 而且沈炭(tan)速(su)率又(you)很高 , 從(cong)毛細(xi)孔口(kou)到(dao)內(nei)部(bu)沈炭(tan)速(su)率是(shi)增加(jia)的(de) , 因(yin)此 , 導(dao)致(zhi)沈積(ji)的(de)坡度增加(jia) . 這(zhe)對具有瓶(ping)頸形(xing)孔口(kou)的(de)孔隙增密(mi)是極(ji)其有利的(de) . 若(ruo)孔深度(du)
加深(shen)時(shi) , 大分(fen)子(zi)烴(ting)類擴散出去會(hui)更(geng)難(nan) , 所以(yi)從(cong)孔口(kou)至(zhi)內部(bu)坡度的(de)增加(jia)會(hui)更(geng)大 .

　　甲烷(wan)是壹(yi)種非常(chang)穩定(ding)的(de)分(fen)子(zi) , 在低壓(ya)下 , 活(huo)化(hua)能(neng)範(fan)圍(wei)從 380 kJ/ mol ( 由元(yuan)素的(de)反(fan)應得(de)到的(de)結(jie)果 ) 到356 kJ/ mol( 流(liu)動反(fan)應器(qi)測定(ding)的(de)結(jie)果 ) 或(huo) 350 kJ/ mol ( 從(cong)CVI 實(shi)驗(yan)確定(ding)的(de)結(jie)果) .用(yong)其進行(xing)炭(tan)沈積(ji)甚(shen)至(zhi)需要(yao)更(geng)高(gao)的(de)活(huo)化(hua)能(neng) , 大約 4450 kJ/ mol ; 這(zhe)個結(jie)果來(lai)自(zi)於(yu)炭(tan)的(de) C ∞ (H) ———表(biao)面(mian)復(fu)合物離(li)解(jie)時(shi)的(de)速(su)度限制步驟 .因(yin)此 , 用(yong)甲(jia)烷(wan)進(jin)行(xing)炭(tan)的(de) CVI 需(xu)要(yao)較(jiao)高的(de)溫(wen)度 . 前(qian)述(shu)的(de)各種方(fang)法 , 在錯(cuo)誤(wu)理(li)論的(de)指導(dao)下 , 都(dou)不(bu)敢(gan)使(shi)用(yong)高(gao)溫(wen) ,因(yin)而導(dao)致(zhi)沈積(ji)周(zhou)期(qi)很長(chang) .

　　增加(jia)甲烷壓(ya)力也(ye)會(hui)增加(jia)從毛細(xi)孔口(kou)到(dao)內(nei)部(bu)的(de)坡度 , 這(zhe)可(ke)能(neng)是(shi)因(yin)為壓(ya)力增加(jia)會(hui)減(jian)少(shao)高分(fen)子(zi)烴(ting)類擴散到毛(mao)細(xi)孔以(yi)外 . 另外 , 高壓(ya)意味(wei)著(zhe)更(geng)多(duo)的(de)氣(qi)相(xiang)反應(ying)中(zhong)間(jian)產物 , 當(dang)這(zhe)些產物在表(biao)面(mian)反應(ying)中(zhong)沒有被完(wan)全(quan)消耗(hao)掉時 , 較(jiao)大的(de)芳(fang)香(xiang)類烴(ting)就(jiu)會(hui)形(xing)成 . 隨著(zhe)沈積(ji)的(de)進(jin)行(xing) , 毛(mao)細(xi)孔的(de)表(biao)面(mian)積與(yu)體(ti)積(ji)的(de)比值會(hui)增大 . 這(zhe)將導(dao)致(zhi)坡度減(jian)少(shao) , 在這(zhe)種情(qing)況下為(wei)維(wei)持(chi)氣(qi)相(xiang)反應(ying)的(de)進(jin)行(xing)程度(du) , 高壓(ya)仍(reng)是(shi)很重要(yao)的(de) .

　　在新(xin)理(li)論的(de)指導(dao)下 , 嚴(yan)格(ge)控制毛細(xi)孔外甲烷的(de)滯(zhi)留時(shi)間(jian) , 采(cai)用(yong)較(jiao)高(gao)溫(wen)度(du)、壓(ya)力的(de)等(deng)溫等壓(ya) CVI , 僅沈積(ji) 120 h , 碳 / 碳復(fu)合材(cai)料密度(du)可(ke)達(da) 1 1 9 g/ cm 3 , 且顯(xian)微(wei)組(zu)織為(wei)粗(cu)糙(cao)層(ceng)炭(tan) (RL) , 各種性(xing)能(neng)好(hao) , 不(bu)需(xu)中(zhong)間(jian)高(gao)溫熱處理(li)打開瓶(ping)頸形(xing)口(kou)及機械加(jia)工(gong)工序(xu)去除表(biao)面(mian)塗層(ceng)的(de)操作(zuo) , 節約(yue)了(le) 制品材(cai)料 , 簡化(hua)了(le) 工藝(yi) , 這(zhe)將使(shi)得(de)這(zhe)種高(gao)性(xing)能(neng)材(cai)料走向民用(yong)逐(zhu)漸(jian)成為可(ke)能(neng) .

　　綜(zong)上所(suo)述(shu) , 新(xin)的(de)等(deng)溫等壓(ya) CVI 與傳統的(de)等(deng)溫等壓(ya)工藝(yi)相(xiang)比 , 其共同(tong)點(dian)是都采(cai)用(yong)等(deng)溫(wen)等(deng)壓(ya)方(fang)法 ; 其區別是: 

       (1)前(qian)者所采(cai)用(yong)的(de)溫(wen)度、壓(ya)力均(jun)高於(yu)後者;

       (2)預制體(ti)外滯留時(shi)間(jian) , 前(qian)者遠遠(yuan)低於後者;

       (3)建立在不(bu)同(tong)的(de)沈積(ji)理(li)論之(zhi)上    更(geng)多(duo)碳碳復(fu)合材(cai)料信息(xi)可(ke)查(zha)看(kan)http://youtv.com.cn/