高等学校化学学报 Vol 26 图3佀B)也可看出,热解碳基体围绕着纤维呈层状结构,这表明基体热解碳的形成依赖于某种层状生长 模式 22碳/碳复合材料的力学性能 力学性能是碳/碳复合材料在应用上最重要的性能表1为石墨发热体周围不同位置的碳/碳复合 材料的密度及弯曲性能从表1可看出,随着碳/碳复合材料密度的提高,其力学性能如弯曲强度也随 之提高,但弯曲强度还未达到最佳值,这需要进一步改变实验条件,提高力学性能 23碳/碳复合材料的ⅹ射线衍射分析 图4为2复合材料沉积态及经石墨化处理后的X射线衍射图谱,相应的衍射角层间距 dm值及石墨度r值见表2从图4可以看出,经石 墨化处理后,衍射峰变尖锐,且随着处理温度的提 高,衍射峰不断变窄和变尖,强度增大,位置右移 结合表2数据可以看出,经过2500℃石墨化处理 后,基体碳已接近或者已具有石墨的晶体结构0, 因此,以甲苯为前驱体,利用化学液气相沉积法制 备得到的复合材料经高温处理后容易石墨 化石墨化度的高低决定了CC复合材料的力学性 28/(°) 能和热物理性能,适当地控制石墨化度,可以对材Fg4ⅹ RD pa tterns of加</ com posites a t 料的性能进行调整,获得不同需求的CC复合材 different tem pera tures 料 a Deposited state, b2200℃;c2500℃ Table 2 XRD results of 2D-C/C cam posites at d ifferen t tem pera tures After graphitization(HTT) Structural posited state 2200℃ doo/nm 0.3476 26/( 26,15 24甲苯裂解制备碳/碳复合材料的初期热裂解机理和热缩聚机理 由于碳/碳复合材料的性能与热解碳的结构有很大的关系,而热解碳的结构又与所使用的有机前 驱体的热裂解机理有关(即在生成热解碳的过程中,有机前驱体所经历的初期热裂解和热缩聚过程) 因此,研究有机前驱体的初期热裂解和热缩聚机理,对于控制碳/碳复合材料中热解碳的结构具有重 要的意义将950℃甲苯热分解产物(不挥发成分用GCMS作了成分分析,结合文献[13]推测 甲苯裂解制备碳/碳复合材料的初期热裂解机理和热缩聚机理如下: (1) 20—00 (3) CH2CH2 (6) 201994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:/nnwcnkiner© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 3 (B) 也可看出, 热解碳基体围绕着纤维呈层状结构, 这表明基体热解碳的形成依赖于某种层状生长 模式. 2. 2 碳ö碳复合材料的力学性能 力学性能是碳ö碳复合材料在应用上最重要的性能. 表 1 为石墨发热体周围不同位置的碳ö碳复合 材料的密度及弯曲性能. 从表 1 可看出, 随着碳ö碳复合材料密度的提高, 其力学性能如弯曲强度也随 之提高, 但弯曲强度还未达到最佳值, 这需要进一步改变实验条件, 提高力学性能. 2. 3 碳ö碳复合材料的 X 射线衍射分析 图 4 为 2D 2CöC 复合材料沉积态及经石墨化处理后的X 射线衍射图谱, 相应的衍射角 Η, 层间距 Fig. 4 XRD pa ttern s of 2D -CöC composites a t differen t tempera tures a. Deposited state; b. 2 200 ℃; c. 2 500 ℃. d 002值及石墨度 r0 值见表 2. 从图 4 可以看出, 经石 墨化处理后, 衍射峰变尖锐, 且随着处理温度的提 高, 衍射峰不断变窄和变尖, 强度增大, 位置右移. 结合表 2 数据可以看出, 经过 2 500 ℃石墨化处理 后, 基体碳已接近或者已具有石墨的晶体结构[10 ] , 因此, 以甲苯为前驱体, 利用化学液气相沉积法制 备得到的 2D 2CöC 复合材料经高温处理后容易石墨 化. 石墨化度的高低决定了CöC 复合材料的力学性 能和热物理性能, 适当地控制石墨化度, 可以对材 料的性能进行调整, 获得不同需求的 CöC 复合材 料. Table 2 XRD results of 2D -CöC composites a t differen t tempera tures Structural param eters Deposited state A fter graphitization (HTT) 2 200 ℃ 2 500 ℃ d 002önm 01347 6 01340 4 01336 9 2Ηö(°) 2516 26115 26142 r0 (% ) 4119 8216 2. 4 甲苯裂解制备碳ö碳复合材料的初期热裂解机理和热缩聚机理 由于碳ö碳复合材料的性能与热解碳的结构有很大的关系, 而热解碳的结构又与所使用的有机前 驱体的热裂解机理有关(即在生成热解碳的过程中, 有机前驱体所经历的初期热裂解和热缩聚过程). 因此, 研究有机前驱体的初期热裂解和热缩聚机理, 对于控制碳ö碳复合材料中热解碳的结构具有重 要的意义. 将 950 ℃甲苯热分解产物(不挥发成分) 用 GCöM S 作了成分分析, 结合文献[ 11～ 13 ]推测 甲苯裂解制备碳ö碳复合材料的初期热裂解机理和热缩聚机理如下: CH3 õ + ·CH3 (1) õ or ·CH3+ CH3 or CH4+ õ CH3 + CH2õ (2) 2 õ (3) õ + õ CH3 CH3 (4) 2 õ CH3 CH3 CH3 (5) 2 CH2õ CH2CH2 (6) 1004 高 等 学 校 化 学 学 报 Vol. 26