丙烷CVI工艺热解炭沉积非均相反应动力学模拟

汤哲鹏¹，徐伟¹，李爱军¹，张中伟²，白瑞成¹，王俊山²，任慕苏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. 航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术国防科技重点实验室

摘 要：分别运用总括非均相反应机理和详细非均相反应机理,结合均相反应机理（包括285种气相组分,1 074个气相可逆基元反应）来模拟C₃H₈在CVI工艺条件下炭纤维表面热解炭的沉积过程,进而对实验中的气相组分和热解炭的形成过程进行预测。总括非均相反应机理对炭沉积反应进行了简化处理,气相中的烃组分直接在表面脱氢沉积为热解炭;而详细非均相反应机理则利用表面基元反应来描述热解炭沉积过程,包括66种表面组分和250个表面基元反应。本文以C₃H₈为炭源,N₂为稀释气体,温度1 173¹ 323 K、低压（2.6 kPa）和滞留时间为0.5⁴s条件下的连续搅拌釜反应器为模型进行模拟,气相组成和沉积动力学两方面的预测与实验结果都较好吻合。计算表明在该设定条件下热解炭的前驱体主要为不饱和小分子（C₂H₂和C₂H₄）和甲基,进而利用这些组分定量解释热解炭的沉积动力学。

关键词：模拟;热解炭;表面动力学;丙烷;化学气相渗透;