炭/炭复合材料热解炭基体微观结构转变动力学

黄清波¹，张丹²，白瑞成¹，李爱军¹，孙晋良¹

1. 上海大学材料复合及先进分散技术教育部工程中心2. 上海大学上海市应用数学及力学研究所

摘 要：对热解炭沉积和织构形成过程进行动力学建模,重点分析C/C复合材料CVI制备工艺中基体炭形成时中织构/高织构（MT/HT）热解炭之间轮廓分明的急剧转变现象。基于Langmuir-Hinshelwood（L-H）理论和Particle-filler（P-F）概念模型,将MT和HT热解炭作为炭的两种亚稳相,以气相中占优的两种中间组分作为基体炭前驱体（线性小分子烃和小分子芳香烃）,考虑基体表面单分子沉积形成MT热解炭和P-F双分子反应形成HT热解炭的过程,建立包含吸附/解吸附/脱氢的多步非均相热解炭沉积和织构形成反应动力学模型,研究该动力学系统达到稳态时热解炭随气相组成变化的情况。结果表明,热解炭沉积和织构形成过程曲线呈现"S"型特征,该曲线的线性稳定性分析表明热解炭沉积中的织构转变是一个包含迟滞区间的双稳态过程,进一步的计算表明此迟滞区间的大小明显受初始直链烃浓度以及沉积温度的影响。

关键词：炭/炭复合材料;热解炭;微观结构;动力学;