高科裂解碳(C)在3500℃以上有機化時,最終可以完全石墨(化學式C )化。碳纖維配件“外柔內剛”,質量比金屬鋁輕,但強度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼備紡織纖維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。但是如果高溫熱處理(chǔ lǐ)溫度(temperature)(HTT)低于2000℃時,不同有機原料的石墨化傾向是不同的,因為此時碳原子(化學式:C) 為SP2雜化,并含有不同聚合程度、不同大小的芳香環基本結構單元(BSUs),大致可以歸結為下列兩類。
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(1)硬炭,通過(tōng guò)高溫分解含有相當數量異質元索的纖維素(cellulose)及其衍生(釋義:演變而產生)物獲得,它們不可以形成層間插入混合物或氧(Oxygen)化(oxidation)石墨,它們的基本結構單元(BUS)為0.5~1nm,只有在催化劑或者機械作用下才能轉化為石墨。
碳纖維制品就是指以碳纖維預浸布為原材料,通過不同的加工方法,加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。
(2)軟炭。碳纖維配件一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成,經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。裂解有機芳香族化合物或者亞穩態瀝青獲得,BUS的尺寸為(20~100)×10 -10m。它們可以形成層聞插入混合物或氧(Oxygen)化石墨(化學式C ),在遠低于溫熱處理(chǔ lǐ)(HTT)溫度(temperature)的情況下就能夠形成無序態碳(C)。
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上面討論的是碳(C)纖維制造中最基本的碳化、石墨(化學式C )化過程(guò chéng)。根據自然條件、有機物的結構、裂解環境尤其是裂解溫度(temperature)HTT,其中間步驟(procedure)復雜得多。碳纖維的電子順磁共振及磁化系數測量表明其中有3個基本過程:
①最小反磁性在相當低的溫度(temperature)700℃左右出現,表明雜質原子被除去,大量自由基結合在具有非飽和鍵的碳(C)原子上,從而將順磁性居里中心局域化;
②到1000℃,順磁性中心點減少,在1000~1400℃之間,局域在芳香環上的電子去局域化,反磁性進一步緩慢增大;
③1600~2000℃,由于熱激發、缺陷、位錯遷移,碳(C)的單一及多重結合形成,BUS尺寸增大,大量電子去局域化,朗道反磁性及居里順磁性鞏固(Strengthen),電子順磁共振(EGOOGLE PR)強度減弱。