碳纖維的固相反應(yīng)與石墨的層間插入

 碳(C)纖維的固相反應(yīng)在工業(yè)上具有重要應(yīng)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(yīng)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。

  金屬和碳(C)纖維直接反應(yīng)或者金屬氧(Oxygen)化（oxidation)物烴類(lèi)還原可以生成金屬碳纖維化物，碳纖維化物的種類(lèi)有鹽型化合物、侵入型化合物、過(guò)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(yīng)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(qiáng)度大，硬度高，遠(yuǎn)超過(guò)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(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。也正是因?yàn)槿绱?，此前世界上碳纖維技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家（美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)），對(duì)于向中國(guó)輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù)，保持著極其謹(jǐn)慎的態(tài)度。即使在目前，我國(guó)碳纖維以及碳纖維制品的進(jìn)口，還受到發(fā)達(dá)國(guó)家的嚴(yán)格控制。侵入型碳化物(carbide)為碳纖維原子進(jìn)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(diǎn)高，例如，HFC的熔點(diǎn)為4160K，在雙組分組成的化合
  物中最高。碳纖維配件“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國(guó)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(qiáng)纖維。過(guò)渡（transition)金屬化合物是原子半徑在0.13nm以下的F
　　E、Ni等過(guò)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(yīng)生成各種烴類(lèi)。

  在石墨(化學(xué)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(lèi)的含有自由電子的金屬時(shí)，電子將從層間原子轉(zhuǎn)移到石墨原子上，構(gòu)成施主型
GiCs，其費(fèi)密能級(jí)比石墨(化學(xué)式C )高數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。反過(guò)來(lái)，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(fèi)密能級(jí)。
   本文來(lái)自123
  插入層內(nèi)的原子或分子之向，受到金屬鍵等強(qiáng)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(xué)式C )層形成的超晶格中存在應(yīng)力。碳纖維配件一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)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(jī)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(chēng)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。