碳/碳复合材料液相沉积法碳源化合物热裂解机理的研究
本文以碳/碳(C/C)复合材料快速液相沉积法致密化工艺(RD)的实际需要为出发点，在前期研究的基础上，选择了三种碳源化合物(乙苯、对二甲苯、环已烷)作为研究对象，对其热裂解机理进行了详细的研究，以期了解更多碳源化合物的热裂解机理。
1.对乙苯的初期热裂解过程，用三种方法结合两种基组(UAM1、UHF/3-21G*、UB3LYP/3-21G*和UB3LYP/6-31G*)计算了标准反应焓变，经与实验值进行对比，筛选出计算结果精确的UB3LYP/6-31G*方法，并以此获得了乙苯初期热裂解过程在298～1573K范围内的热、动力学参数。发现乙苯的热裂解反应始于973K，热、动力学支持的主反应路径均为生成苯乙烯的反应路径，该路径的活化能为305.04kJ/mol。
2.采用UB3LYP/6-31G*方法，对对二甲苯的热裂解过程进行了298～1473K之间的热、动力学研究。结果表明：在室温下，热力学支持的最初主反应路径为生成自由基CH3-C6H4-CH2·的反应，以及由自由基CH3-C6H4-CH2·进一步结合生成对二甲苯乙烷的反应路径；当温度在873K以上时，热力学支持的最初主反应路径为生成自由基CH3-C6H3·的反应，以及由自由基CH3-C6H4-CH2·和CH3-C6H4·进一步结合生成二甲苯基甲烷的反应路径。各个温度段动力学支持的最初主反应路径均为生成自由基CH3-C6H4-CH2·的反应路径，以及由自由基CH3-C6H4-CH2·进一步结合生成对二甲苯乙烷的反应路径，该路径的活化能为396.70kJ/mol。
3.对环己烷的热裂解过程，采用UB3LYP/6-31G*方法，进行了298～1373K之间的热、动力学研究。结果表明：环己烷的热裂解温度始于873K；在室温下(298K)，热力学支持的主反应路径为生成甲基环戊烷的反应；当温度高于873K时，热力学支持的主反应路径为生成2-丁烯和乙烯的反应；当温度高于1173K时，热力学支持的主反应路径变为生成丁二烯和乙烯的反应；动力学支持的主反应路径为生成2-丁烯和乙烯的反应，决速步的活化能为365.75kJ/mol。
以上研究结论不仅与实验结果相一致，同时更为详细地描述了热裂解反应的具体过程，可以从理论化学的角度对实验结果给出合理的解释，从而为C/C复合材料的快速液相致密化工艺提供重要的参考参数。
碳源化合物;热裂解机理;液相沉积;致密工艺
西北大学
硕士
无机化学
王惠
2005
中文
TQ203.8
57
2006-05-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）