碳(C)纖維的固相反應在工業(yè)上具有重要應用,多數(shù)金屬是以氧(Oxygen)化(oxidation)物的形式存在,金屬氧化物的生成自由能隨溫度(temperature)的上升而增大,與此相比,碳纖維的氧化反應自由能變小,因此只要提高溫度,所有的金屬氧化物都能用碳還原。
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金屬和碳(C)纖維直接反應或者金屬氧(Oxygen)化(oxidation)物烴類還原可以生成金屬碳纖維化物,碳纖維化物的種類有鹽型化合物、侵入型化合物、過渡(transition)金屬碳纖維化物等,鹽型碳化物(carbide)是元素周期表中Ⅰ~Ⅲ族元素的碳化物(carbide),多數(shù)和CaC2一樣,和水反應生成乙炔。
碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性,因此碳纖維制品的強度大,硬度高,遠超過同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此,碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領域有著廣泛的應用。也正是因為如此,此前世界上碳纖維技術發(fā)達的國家(美國、德國、日本、韓國),對于向中國輸出碳纖維產(chǎn)品和技術,保持著極其謹慎的態(tài)度。即使在目前,我國碳纖維以及碳纖維制品的進口,還受到發(fā)達國家的嚴格控制。侵入型碳化物(carbide)為碳纖維原子進入原子半徑在0.13nm以上的金屬形成的間隙型固溶體,一般不透明、極硬、熔點高,例如,HFC的熔點為4160K,在雙組分組成的化合
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物中最高。碳纖維配件“外柔內(nèi)剛”,質(zhì)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?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。過渡(transition)金屬化合物是原子半徑在0.13nm以下的F
E、Ni等過渡(transition)金屬的碳(C)纖維化物,一般結(jié)合力較小,容易與水反應生成各種烴類。
在石墨(化學式C )晶體的層面之間插入其他一層原子或者分子將形成石墨層間化合物(GICs),插入的層間原子為堿金屬鉀(Potassium)之類的含有自由電子的金屬時,電子將從層間原子轉(zhuǎn)移到石墨原子上,構成施主型
GiCs,其費密能級比石墨(化學式C )高數(shù)個數(shù)量級。反過來,受主型GICs中,空穴(Electron hole)從層間原子轉(zhuǎn)移到石墨原子上,降低(reduce)了石墨的費密能級。
本文來自123 插入層內(nèi)的原子或分子之向,受到金屬鍵等強結(jié)合力作用,而在插入層與插入層之間,由于所帶電荷(electric charge)相同而相互排斥,這樣在由插入層與石墨(化學式C )層形成的超晶格中存在應力。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(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。插入層之間石墨原子的層數(shù)稱為這種超晶格的階數(shù),如四階的鉀(Potassium)插入層化合物中,鉀層之間的石墨層數(shù)為4;該GICs中,鉀層的厚度為0.535nm,鉀層與鉀層之間的厚度為5XO.335nm=1.675nm。