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炭材料氧化动力学、机理及模拟研究

作者：郭伟明 Publish: 2007-9-27 Hits:-

【中文题名】

炭材料氧化动力学、机理及模拟研究

【英文题名】

Study on Kinetics, Mechanisms and Modeling of Oxidation of Carbon Materials

【学科专业】

材料科学与工程

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-9-27

【中关键词】

炭炭复合材料,石墨,氧化动力学,机理,模拟,

【英关键词】

Carbon/carbon composites,Graphite,Oxidation kinetics,Mechanisms,Modeling,

【分类导航】

工业技术>一般工业技术>工程材料学>非金属材料>无机质材料>

【论文摘要】

炭/炭复合材料和石墨由于其优异的物理化学性能被广泛应用于航空、航天和冶金等工业领域。在惰性气氛或真空中,随着温度的升高,它们依然可以保持其室温下的力学性能甚至还有所增加。然而,在空气中400℃就开始发生氧化,力学性能迅速下降。为此,国内外科学工作者对炭材料的氧化行为进行了大量研究。综观过去四十多年来有关炭材料氧化的研究结果,存在分析用动力学方程较简化、研究内容缺乏系统性等问题。为了完善炭材料氧化动力学方程,建立表征炭材料氧化的通用方法,本文以炭毡/炭复合材料、二维炭/炭复合材料以及石墨为研究对象,采用热重分析(TGA)和扫描电镜(SEM)对炭材料的氧化动力学与机理进行了系统研究,并对炭材料氧化TG曲线的模拟进行了初步研究。研究了炭/炭复合材料的等温氧化动力学,分析了氧化机理。与传统的炭/炭复合材料等温氧化研究相比较,主要有两方面的改进。首先建立了比一级反应更确切的描述非线性氧化阶段的动力学方程;其次是揭示了炭/炭复合材料在不同氧化阶段的显微结构与氧化机理的关系。在此基础上,将无模式函数法、模式函数法和简化时间图法等热重动力学方法引入到炭/炭复合材料的等温氧化动力学研究中,对炭/炭复合材料等...

【论文题纲】

摘要	5-6
Abstract	6-14
第1章绪论	14-25
1.1 前言	14
1.2 炭材料氧化	14-18
1.2.1 炭材料氧化机理	14-16
1.2.2 炭材料氧化的影响因素	16-17
1.2.3 炭材料氧化的研究方法及现状	17-18
1.3 热分析动力学理论	18-21
1.3.1 动力学方程	19
1.3.2 速率常数	19-20
1.3.3 表观活化能	20
1.3.4 动力学模式函数	20-21
1.4 热分析动力学方法	21-24
1.4.1 等温法	21-22
1.4.2 非等温法	22
1.4.3 热分析动力学方法的新进展	22-24
1.5 论文研究目的和内容	24-25
1.5.1 研究目的	24
1.5.2 研究内容	24-25
第2章炭毡/炭复合材料等温氧化动力学及机理研究	25-35
2.1 前言	25
2.2 实验	25
2.3 结果与讨论	25-33
2.3.1 炭毡/炭复合材料等温氧化TG 曲线	25-26
2.3.2 炭毡/炭复合材料等温氧化动力学	26-29
2.3.3 炭毡/炭复合材料氧化SEM 观察	29-32
2.3.4 炭毡/炭复合材料等温氧化机理	32-33
2.4 本章小节	33-35
第3章二维炭/炭复合材料等温氧化动力学及机理研究	35-47
3.1 前言	35
3.2 实验	35-36
3.3 理论背景	36-38
3.3.1 无模式函数法	36-37
3.3.2 模式函数法	37
3.3.3 简化时间图法	37-38
3.4 结果与讨论	38-46
3.4.1 二维炭/炭复合材料的等温氧化TG-DTG 曲线	38
3.4.2 二维炭/炭复合材料等温氧化动力学	38-43
3.4.3 二维炭/炭复合材料氧化SEM 观察	43-45
3.4.4 二维炭/炭复合材料等温氧化机理	45-46
3.5 本章小结	46-47
第4章炭材料等温氧化TG 曲线模拟研究	47-57
4.1 前言	47
4.2 实验	47
4.3 动力学分析法模拟炭毡/炭复合材料等温氧化TG 曲线	47-50
4.4 α-t/t_(0.5) 曲线多项式回归法模拟炭材料等温氧化TG 曲线	50-56
4.4.1 炭毡/炭复合材料等温氧化TG 曲线模拟	50-52
4.4.2 石墨等温氧化 TG 曲线模拟	52-56
4.5 本章小结	56-57
第5章石墨非等温氧化动力学及机理研究	57-69
5.1 前言	57
5.2 实验	57
5.3 理论背景	57-60
5.3.1 模式函数法	57-59
5.3.2 无模式函数法	59
5.3.3 TG-DTG 曲线形状法	59-60
5.4 结果与讨论	60-67
5.4.1 石墨非等温氧化 TG-DTG 曲线	60-61
5.4.2 石墨非等温氧化动力学	61-65
5.4.3 石墨表面氧化初期SEM 观察	65-66
5.4.4 石墨非等温氧化机理	66-67
5.5 本章小结	67-69
第6章石墨非等温氧化TG 曲线模拟研究	69-74
6.1 前言	69
6.2 实验	69
6.3 动力学分析法模拟石墨非等温氧化TG 曲线	69-70
6.4 α-T/T_(0.5) 曲线多项式回归法模拟石墨非等温氧化TG 曲线	70
6.5 lgβ-1000/T 曲线线性回归法模拟石墨非等温氧化TG 曲线	70-73
6.6 本章小结	73-74
结论	74-76
参考文献	76-83
附录 A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录	83-85
致谢	85

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.63248



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