碳/碳复合材料液相沉积法碳源化合物热裂解机理的研究

论文摘要

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298～1573 K范围内的热、动力学参数。发现乙苯的热裂解反应始于973 K,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305.04 kJ/mol。 2.采用UB3LYP/6-31G*方法,对对二甲苯的热裂解过程进行了298～1473 K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873 K以上时,热力学支持的最初主反应路径为生成自由基CH3-C6H4·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298～1373 K之间的热、动力学研究。结果表明:环己烷的热裂解温度始于873 K;在室温下（298 K）,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873 K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1173 K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365.75 kJ/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。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• §1.1 碳／碳复合材料的概述
• §1.2 碳／碳复合材料的制备
• §1.3 快速液相沉积法致密化工艺
• §1.4 本课题的研究内容、意义及研究方法
• 参考文献
• 第二章 Gaussian程序简介及计算方法
• §2.1 Gaussian程序简介
• §2.2 计算方法
• 参考文献
• 第三章 乙苯的热裂解机理研究
• §3.1 热裂解反应路径设计
• §3.2 乙苯初期热裂解机理的热力学研究
• §3.3 乙苯初期热裂解机理的动力学研究
• §3.4 本章结论
• 参考文献
• 第四章 对二甲苯的热裂解机理研究
• §4.1 反应路径设计
• §4.2 对二甲苯热裂解机理的热力学研究
• §4.3 对二甲苯热裂解机理的动力学研究
• §4.4 本章结论
• 参考文献
• 第五章 环己烷的热裂解机理研究
• §5.1 反应路径设计
• §5.2 环己烷热裂解机理的热力学研究
• §5.3 环己烷热裂解机理的动力学研究
• §5.4 本章结论
• 参考文献
• 第六章 结论
• 致谢
• 附录：硕士期间的工作