丙烷CVI工藝熱解炭沉積非均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模擬

湯哲鵬，　徐　偉，　李愛軍，　張中偉，　白瑞成，　王俊山，　任慕蘇

(1.上海大學(xué) 材料復(fù)合及先進(jìn)分散技術(shù)教育部工程中心，上海200072；2.航天材料及工藝研究所 先進(jìn)功能復(fù)合材料技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100076)

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丙烷CVI工藝熱解炭沉積非均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模擬

湯哲鵬1，徐偉1，李愛軍1，張中偉2，白瑞成1，王俊山2，任慕蘇1

(1.上海大學(xué) 材料復(fù)合及先進(jìn)分散技術(shù)教育部工程中心，上海200072；2.航天材料及工藝研究所 先進(jìn)功能復(fù)合材料技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100076)

分別運(yùn)用總括非均相反應(yīng)機(jī)理和詳細(xì)非均相反應(yīng)機(jī)理，結(jié)合均相反應(yīng)機(jī)理(包括285種氣相組分，1 074個(gè)氣相可逆基元反應(yīng))來模擬C3H8在CVI工藝條件下炭纖維表面熱解炭的沉積過程，進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)中的氣相組分和熱解炭的形成過程進(jìn)行預(yù)測(cè)。總括非均相反應(yīng)機(jī)理對(duì)炭沉積反應(yīng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，氣相中的烴組分直接在表面脫氫沉積為熱解炭；而詳細(xì)非均相反應(yīng)機(jī)理則利用表面基元反應(yīng)來描述熱解炭沉積過程，包括66種表面組分和250個(gè)表面基元反應(yīng)。本文以C3H8為炭源,N2為稀釋氣體，溫度1 173～1 323 K、低壓(2.6 kPa)和滯留時(shí)間為0.5～4 s條件下的連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器為模型進(jìn)行模擬，氣相組成和沉積動(dòng)力學(xué)兩方面的預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果都較好吻合。計(jì)算表明在該設(shè)定條件下熱解炭的前驅(qū)體主要為不飽和小分子(C2H2和C2H4)和甲基，進(jìn)而利用這些組分定量解釋熱解炭的沉積動(dòng)力學(xué)。

模擬； 熱解炭； 表面動(dòng)力學(xué)； 丙烷； 化學(xué)氣相滲透

1　前言

20世紀(jì)60年代人類制備出C/C復(fù)合材料，其中由烴類到C/C復(fù)合材料的CVI工藝引起人們極大的興趣[1]。……