不同硼含量的硼掺杂各向同性热解炭制备及微观结构研究.pdf

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1、2012年第1期CARBONTECHNIQUES2O12№l第31卷炭素技术V0I．31不同硼含量的硼掺杂各向同性热解炭制备及微观结构研究许力，吴峻峰，白朔‘(中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室，辽宁沈阳110016)摘要：以CH、H和BC1为原料，利用化学气相沉积方法制备了硼掺杂各向同性热解炭材料。研究了制备工艺及硼元素掺杂对热解炭微观结构和抗氧化性能的影响。结果表明，硼元素能够均匀地掺人热解炭中，其含量随着BE1流量的增大而增加；硼掺杂并未改变热解炭的各向同性性质，但随着BC1，流量的增加，硼掺杂各向同性热解炭的结构由球形颗

2、粒状结构逐渐向卷曲片层状结构转变，硼在热解炭中的存在形式则由单一形式(取代)逐渐过渡到混合形式(取代硼和碳化硼)；硼元素的掺杂能有效抑制热解炭的氧化，大幅提高材料的起始氧化温度，显著降低氧化损失。关键词：硼掺杂；热解炭；各向同性；化学气相沉积；微观结构中图分类号：TQ127．11；TB332文献标识码：A文章编号：1001—3741(2012)01-A17．05nj}，reparat·i‘onand1mi‘crost·ruct·ure0tn’boron-d'oped'i-sot·ropi‘cpyrolyticcarbonswithdiffere

3、ntboroncontentsXULi，WUJun—feng，BAIShuo(ShenyangNationalLaboratoryforMaterialsScience，InstituteofMetalResearch，ChineseAcademyofSciences，LiaoningShenyang110016，China)Abstract：Boron—dopedisotropiepyrolyticcarbonswerepreparedbychemicalvapordeposition(CVD)withCH4、H2andBCI3asgaseo

4、usprecursors．Theeffectsofborononthemicrostructureandoxidationpropertiesofpyrolyticcarbonswereinvestigated．Theresultsshowthatboroncanbedopedintopyrolyticcarbon，andtheconcentrationincreaseswiththeflowrateofBCI3．Borondopingdoesnotchangetheisotropyofpyrolyticcarbons，butremarkabl

5、ychangesthemicrostmctureofpyrolyticcarbons．IncreasingtheflowrateofBC13，themierostructureofpyrolyticcarbonchangesgraduallyfromsphericalcarbonstructurestofinewrinkledgraphiticsheetstructures，whileboronchangesfromsubstitutionalboronintoboroncarbide．Theresultsfromoxidationshowth

6、atboroncaneffectivelyinhibittheoxidationofpyrolyticcarbon．Keywords：Borondoping；pyrolyticcarbon；isotropic；CVD；mierostructure各向同性热解炭(IsotropicPyrolyticcarbon，度约为600℃，已基本达到纯炭材料的极限。为了IPvC)是一种综合性能极佳、极具发展前景的新型炭提高各向同性热解炭材料的可靠性及满足在更高材料，具备密度低，力学性能优异，良好的自润滑、温度下的应用，必须进一步提高其抗氧化性能。密封性、耐磨

7、性、耐腐蚀性和各向同性等优点，其大通常提高炭石墨材料的抗氧化性能有两种途尺寸块体材料作为一种高性能机械密封材料和结径：一是物理阻隔机制，如通过外生抗氧化涂层隔离构材料，已在航空、航天、船舶等领域有重要应用[1J。或减缓炭石墨基体与氧的反应．从而起到防氧化作然而与其他炭石墨材料一样，各向同性热解炭材料用：二是挖掘和提升炭石墨材料的本征抗氧化能力在高温环境中使用时也会面临各种各样的严峻问的自我保护机制，如调整材料的石墨化程度和孔隙题，特别是氧化问题会导致材料结构和性能的急剧结构、微观结构改性、添加抗氧化组分等。由于后者恶化。各向同性热解炭材料在空气

8、中的最高使用温能够长期有效地提高材料的抗氧化性能。因此对其进行了大量研究。硼元素在氧化过程中会形成玻璃基金项目：国家自然科学基金(50702062)态