热解炭的微观结构及其测试方法 热解炭的微观结构及其测试方法

热解炭的微观结构及其测试方法

  • 期刊名字:炭素技术
  • 文件大小:
  • 论文作者:刘立海,黄启忠,谢志勇,王秀飞
  • 作者单位:中南大学
  • 更新时间:2020-03-24
  • 下载次数:
论文简介

2007年第4期CARBON TECHNIQUES200T№4第26卷炭套技术Vol 26·综合述评·热解炭的微观结构及其测试方法刘立海,黄启忠,谢志勇,王秀飞(中南大学粉末冶金国家重点实验室,湖南长沙410083)摘要:主要介绍了利用正交偏光显微镜(PLM)、X射线射(XRD)透射电镜(TEM)和喇曼光谱(RS)等测试方法对采用化学气相沉积(cD)法制备的c/C复合材料的热解炭的表面微观形貌沉积炭层间距dm微晶尺寸L及其石墨化度等参数进行表征和测量从而判断沉积的热解炭的织构类型(光滑层粗糙层和各向同性炭),并且分析了上述各种测试手段的优缺点关健词:化学气相沉积;C/C复合材料;热解炭;织构中图分类号:TQ127.1·1文獻标识码:A文章编号:1001-3741(2007)04001706MICROSTRUCTURAL CHARACTERIZATIONAND MEASUREMENTS OF PYROLYTICCARBONLIU Li-hai, HUANG Qi-zhong, XIE Zhi-yong, WANG Xiu-feiState Key Laboratory for Powder Metallurgy, Central South University, Changsha410083. ChinaAbstract: In this paper, in order to judge the structure (SL, RL, ISO)of pyrolytic carbons prepared by chemicaldeposition(CVD), the methods for observation and measurement of the surface morphologies and structural paprameterssuch as the interlayer spacing don, crystallite size L and graphitization degree of pyrolytic carbons were introducedwhich includes the polarized light microscopy(PLM), scanning electron microscopy(SEM), tansmission electron mirecopy(TEM), X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. The advantages and disadvantages of each measurement were also analysized.Key words Chemical vapor deposition; carbon/ carbon composites; pyrolytic carbonitexture对于C/C复合材料而言,结构与性能之间的关料;而各向同性结构具有较好的各向同性、生物相系至关重要,化学气相沉积制备的C/C复合材料一容性、密封性,可用于生物材料、密封材料等。热解般由各向同性的炭纤维和各向异性的热解炭组炭是气态碳氢化合物在热基体表面通过脱氢环化成。材料的性能主要取决于基体,即沉积的热解炭作用沉积而形成的炭材料。文献[1~6]研究表明不类型。例如,光滑层结构具有很好的高温力学性能,同类型的热解炭对C/C复合材料的摩擦磨损、力学主要用于高温结构件、抗烧蚀件等;粗糙层结构具性能等影响较大。因此,对热解炭组织结构的类型有较好的摩擦磨损性能,适用于高性能飞机刹车材进行表征和测量是十分重要的。对热解炭织构类型作者简介:刘立海男1981年出生,硕士研究生,E-mil:hiulihaigodc@163.com。收稿日期:2007-02-02炭素技术07年进行表征和测量的方法有多种。例如,采用偏光显起偏器起偏器微镜( Polarized Light Microscopy,PLM)、X射线衍射检偏器(X- Ray diffraction)、透射电镜( Transmission Elec了消光角ron Microscopy,TFM)、喇曼光谱( Raman Spectrum等方法。H前,国内外对热鮮炭织构类型的判别主要基于」述各种方法,但是对上述各种方法综述性的报道尚未见报。本文主要对上述方法作简要的综旋转述性报道,并提出各自方法的优缺点。减偏器1热解炭类型和结构特征E1.1偏光显微镜图2偏光显微镜测量消光角示意图Fig 2 Schematic diagram ot extinction angle measure under热解炭材料最初是采用PLM进行研究的PLMPierson和 Lieberman0等为首的美国 Sadia实验室,对沉积在纤维毡的热解炭进行了深入细致的 Rough laminar,RL)和各向问性热解炭( isotroPic研究。他们将在偏光下观察到的热解炭的微观结构IS0),以及以上三种中任意两者或者两者以上交替划分为三类:光滑层( Smooth laminar,SL)粗糙层组合而形成的带状结构( Banded Structure,Bs),如图1所示1从图1可以看出,其中SL在光学上各向异性,柑位移较低,无生长锥形成,呈现清晰可见的十字消光线且视觉效果光滑、呈灰色、裂纹显著;RL光学活性较高,具有生长锥特征,呈现大量不规则的十字消光线且视觉效果粗糙、呈银灰色、无裂纹;ISO光学各向同性,相位移为零,观察不到十字消光线。随后, Diefendorf和1 okarsky I3基于沉积的炭层关于基面的择优取向程度不同而其在PIM下的旋(a)sL光性不同定义了消光角Aea在PLM屮,当两个棱镜正交时,视场中出现黑十字线,通过逆时针旋转检偏器,第一象限逐渐消失然后又变亮,在即将变亮的那一瞬间,分析器刻度盘上显示的即为消光角数值,如图2所示1各种热解炭的微观结构可以用Ae来表征,Ae的大小与织构的择优取向程度有关,择优取向程度越高,Ae越大,反之亦然:ISO(Ae<4),DL(4°≤A<12°),SL(12°≤Aec≥50乱的堆积状态。aa=180°da=A/(2ein0);g=(0.3340-da)/(0.3440-0.3354);L=(K)/(Bo08)0.340nm≤d≤0.344mmda≈0.343nm≥70%20%≤g<70%23.9mm≤L9.5rm≤L≤16.5nm7mm≤L≤llmmR-= IG/lp2007年2005,5:1201~1207.结论[13] DIEFENDORF R J, TOKARSKY E w. Air Force Report,1971,AF33(615)-70-C-1530偏光显微镜是利用材料的各向异性对光的反14]廖寄乔,黄伯云,黄志锋,等.热解炭微观结构的表征射强度不同进行测量的;TEM是在X射线衍射基础热解炭各向异性的偏振光分析[门.理化检验一物理分册.2002,38():501-506上结合选区电子衍射(SAED)对热解炭的织构进行(1 LAVINAC, LANGLAIS F. FERON O.aa.Mhem测量分析;X射线衍射是通过计算微晶的尺寸、层间ture of the pyrocarbon matrix in carbon/carbon composites距和石墨化度等参数对热解炭的织构进行判定;而[I. Comp Sci Technol, 2001, 65:339-345喇曼光谱是通过图谱测量D峰和G峰的峰强比来[16] TRESSAUD A, CHAMBON M, GUPTA V, et a fluo-判定热解炭的织构类型。但是各种手段都有自己的rine-intercalnted carbon fibers Il A transmission electron优点和缺点,使用单一手段难以对材料结构进行全croecopy[J]. Carbon, 1995, 33(9): 1339-1345面分析,采用多种手段,相互补充,才能更加有效分17BoKR0 SJC Deposition, structure and properties of py-析热解炭的结构。rolytic carbon[J]. Chemistry and Physics, 1969, 5: 1-118[18] LEBERMAN M L PIERSON H 0. Effect of gas phase参考文:conditions on resultant matrix pyrocarbons in carbon/car[1] XIANG XIONG, BAI-YUN HUANG, JLANG-HONGbon composites[J]. Carbon, 1974, 12(3):233-241[19] PIERSON H O, LIEBERMAN M L The chemical vaporLI, et al. Friction behaviors of carbon/carbon compositeswitb diberent pyrolytic carbon texures [J]. Carbon, 2006deposition of carbon on carbon fibers[J].Carbon, 197513(3):159-166.2】肖春,朱光明,侯卫权,等,热解炭合量对C/C复合[20] GOMA J, OBERLIN A. Characterization of low tempera-材料性能的影响[.火箭推进,2005,31(6):45-49ture pyrocarbons obtained bystrates[. Carbon,1986,24(2):135-142[3]BENZAINGR W, HUTTINGER K J. Chemistry and21]李江鸿,张红波,熊舞,等.不同纤维体积分数cⅥchanical and structural properties of infiltrated carbon fber炭/炭复合材料的石墨化度打复合材料学报,2005,22felt J]. Carbon,199,37:1311-1322.4】 REZNIK B, GERTHSEN D, W ZHANG,etal.Teue{22】李圣华,石蠱电极生产[M】北京:冶金工业出版社,1997hanges in the matrix of an infiltrated carbon fiber feltstudied by polarized light microscopy and selected are[23] MIGUEL A, MONTES M, ROBERT J, et al.Ramaelectron difraction[J. Carbon, 2003, 41: 376-380spectroscopy study of M carbon fibers: eBfect of Plasma5]陈脾飞,龚伟平,张红波,等.高温热处理对光滑层热treatment on the interfacial properties of single fiber/epoxy解炭裂纹形成的影响[].粉末冶金材料科学与工程2006,11(4):210~213.[24] IZER E, GANTNER E, ROZPLOCH E, et al. Applica【61于澍,黄启忠,黄伯云,等.炭/炭复合材料化学气相tion of Laser-Raman spectroscopy for characterization of沉积工艺进展[J].粉未冶金材料科学与工程,2006,carbon fiber[J]. High temperalures-High pressures1974,9(5):537~54.11(5):262-2671AA则1n202,“(2 ALLEROT JM,0 E OURRAT X, MOUCHON A, et E[7] REZNIK B, HUTTINGER K J. Oa theQuantitative structural and textural assessment of laminarFU-QIN ZHANG, BAI-YUN HUANG, QI-ZHONGPyrocarbons through Raman spectroscopy, eleetronHUANG, et al. Effects of the inter-face on the graphiti-diffraction and few other technique [J], Carbon, 2006.zation of a carbon fiber/pyrolytic carbon composite[J][26] TUINSTRA F, KOENIGJL Raman spectrum of graphite([J]The Journal of chemical physics, 1970, 53(3): 1126-11309】 PIERSON H O, LIEBERMAN M L The chemical vapor(2]张福勤,黄伯云黄启忠,等.C/C复合材料石漫化度deposition of earbon on carbon fber[J].Carbon, 1975的啊曼光谱表征[J],无机材料学报,2003,18(213:159-225.[10) OBERLIN A Pyrocarbons[].Carbon,2002,40:7-24[11] LIEBERMAN M L PIERSON H O. Eect of gas phase[28]传秀云,李贺军,卢锦花,化学气相渗透磺/碳复合材料热解碳光性特征一热解碳十字消光机理探讨.西conditions on resultant matrix pyrocarbons in carban/car-bon composites[J]. Carbon, 1974, 12: 233-241北工业大学学报,20,23(5):657-661.2]谢志勇,黄启忠,苏哲安,等.耦合物理场CW制备I29〕 GRANNFF E. Kinetics of graphitization of carbon-fl炭/炭复合材料及其机理研究[J].无机材料学报,carbon-matrix composites Carbon, 1974: 12: 405-416

论文截图
版权:如无特殊注明,文章转载自网络,侵权请联系cnmhg168#163.com删除!文件均为网友上传,仅供研究和学习使用,务必24小时内删除。