天然气、丙烷和氢气共热裂解制备碳基功能材料化学基础研究

本项目设计出成本低廉、来源丰富的天然气、丙烷和氢气高温共热裂解新体系，采用在碳纤维预制中化学气相渗积碳手段深入研究该体系高温热裂解机理，以及热裂解过程中成碳反应的热力学、动力学和反应路径，揭示丙烷和氢气对热裂解反应过程和碳形成的作用机理，以及具有良好性能的高织构热解碳快速生成的反应机制，探索反应条件和热解碳结构与所制备碳基材料性能之间的本质联系，确定既能获得高织构热解碳又能实现快速热裂解致密化的优化反应条件和工艺，初步建立体系高温热裂解实验的基础数据库，作出有特色的理论和实验研究，为制备出成本低、高能和湿态条件下摩擦性能好的碳基功能材料奠定坚实基础。该项目的开展，极大丰富天然气体系高温热裂解成碳化学的理论，为改进我国大飞机和国家重点型号工程用高性能碳基功能材料关键性能探索了一条新途径。该研究是将碳基功能材料的研究和应用提高一个层次所要进行的重要前期性基础研究工作，具有重要科技和实用价值。

本项目设计出成本低廉、来源丰富的天然气、丙烷和氢气高温共热裂解新体系，采用在碳纤维预制中化学气相渗积碳手段深入研究该体系高温热裂解机理，以及热裂解过程中成碳反应的热力学、动力学和反应路径，揭示丙烷和氢气对热裂解反应过程和碳形成的作用机理，以及具有良好性能的高织构热解碳快速生成的反应机制，探索反应条件和热解碳结构与所制备碳基材料性能之间的本质联系，确定既能获得高织构热解碳又能实现快速热裂解致密化的优化反应条件和工艺（温度1100℃，压力为1 kPa，天然气/丙烷为6/1，流量为30 ml/min），成功制备出密度为1.75g/cm3的碳基复合材料缩比件，其基体炭的结构为粗糙体结构，石墨化度为60%，微晶宽度和高度分别为21.77和25.29 nm；C/C复合材料的平均弯曲、压缩和层间剪切强度分别为109、148和9.3MPa ；摩擦磨损性能为：动摩擦系数为0.25-0.33，动摩擦系数的波动范围为-6.1-4.7%，刹车力矩峰比值为1.15-1.33，湿态刹车力矩衰减量为23-29%，平均磨损率为0.9 μm/面•次，静摩擦系数为0.20-0.23。