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研究生:何宜儒
研究生(外文):Yi-RuHo
論文名稱:碳材料在氟化鹽類中的靜態腐蝕與沖蝕研究
論文名稱(外文):Study on static corrosion and erosion in Flinak of carbon material
指導教授:朱建平朱建平引用關係陳瑾惠
指導教授(外文):Chien-Ping JuChien-Ping Ju
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:材料科學及工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:157
中文關鍵詞:碳/碳複合材料石墨熔鹽靜態腐蝕動態沖蝕
外文關鍵詞:carbon/carbon compositegraphitemolten saltcorrosionerosion
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本實驗針對孫銘弘學長的製程在針軋方式與碳化速率做改進,希望能增加碳/碳複合材料的性質,並對其進行密度、孔隙率、機械性質等分析。此外也選用核能級石墨與工業級高密度石墨作為碳/碳複合材料的對照組,藉此分析經過表面處理的碳/碳複合材料(以密封層披覆在碳/碳複合材料表面)在靜態腐蝕與沖蝕中的試片情形。並評估此類碳/碳複合材料應用於熱交換器的可行性。
由實驗結果顯示,碳/碳複合材料經過比較緻密的針軋方式與比較慢的碳化速率,可以提升碳/碳複合材料的密度與抗彎強度,並降低孔隙率,唯獨韌性有下降的趨勢。而經過表面處理的碳/碳複合材料對於防止氟化鹽類的滲漏有非常良好的表現,且密封材在經過沖蝕試驗後並未發現被破壞的情形,並且氟化鹽類對於密封材的附著性非常低。
綜合實驗結果發現,經過表面處理的碳/碳複合材料均可通過Flinak的密封性測試,並且對於抗腐蝕與沖蝕能力非常優良,極具應用於熱交換器的潛力。

In this study, to improve the needle method and the carbonization rate of Ming-Hung Sun senior for increasing the mechanical properties of carbon / carbon composites, and it is investigated such as density, porosity, and flexural strength. Moreover, I choose nuclear grade graphite and high density graphite as an experiment comparison of carbon / carbon composites to investigate the effect that tested by static corrosion and erosion in Flinak. And to assess the feasibility of this type of carbon / carbon composite material used in heat exchangers.
The results indicate that carbon / carbon composites which has batter needle process and slower carbonization rate can improve the density and flexural strength, and decrease the porosity. Only the toughness has a downward trend. On the other hand, the carbon/carbon composite which is coated the grafoil on surface has an excellent hermetic properties to prevent the leakage of Flinak, and Flinak is very low adhesion of the grafoil.
Consequently, carbon / carbon composites with surface treatment can pass the hermetic test in Flinak, and it has an excellent ability to prevent static corrosion and erosion, It shows the potential to apply heat exchanger tube

總目錄
中文摘要 I
ABSTRACT II
致謝 III
總目錄 V
表目錄 XI
圖目錄 XIII
第一章 前言 1
第二章 文獻回顧 3
2.1石墨 3
2.1.1 工業級石墨 3
2.1.2 核能級石墨 3
2.2 碳/碳複合材料 4
2.2.1 碳/碳複合材料之發展 4
2.2.2 碳/碳複合材料之製程 5
2.2.2.1 預型材(preform) 5
2.2.2.2 預浸材與碳基材 7
2.2.2.3 穩定化(post-curing) 10
2.2.2.4 碳化(carbonization) 11
2.2.2.5 石墨化(graphitization) 12
2.2.2.6 緻密化(densification) 14
2.2.2.7 表面處理-密封材 15
2.2.3 碳/碳複合材料之性質 17
2.2.3.1碳纖維與基材間交互作用 17
2.2.3.2 碳/碳複合材料之熱物理性質 18
2.2.3.3 碳/碳複合材料之機械性質 19
2.2.3.3.1 密度對機械性質的影響 21
2.2.3.3.2 熱解碳微結構對機械性質的影響 21
2.2.3.3.3 碳纖維含量對機械性質的影響 22
2.2.3.3.4 製程對機械性質的影響 23
2.2.3.4 碳/碳複合材料之氧化及其防護 24
2.2.4 碳/碳複合材料之應用 24
2.2.4.1 碳/碳複合材料在航太工業之應用 24
2.2.4.2 碳/碳複合材料在運輸工具煞車之應用 25
2.2.4.3 碳/碳複合材料在高溫熱壓模具與高溫爐之應用 25
2.2.4.4 碳/碳複合材料在生醫材料之應用 26
2.2.4.5 碳/碳複合材料在核能材料之應用 26
2.3 第四代核子反應器的發展與FLINAK的應用 26
2.3.1 第四代核子反應器的提出與原由 26
2.3.2第四代反應器的分類 28
2.3.3 熔融鹽反應器的設計與介紹 28
2.3.4 Flinak的性質介紹 30
2.3.5材料在氟化熔鹽中腐蝕與沖蝕行為 31
第三章 實驗方法 56
3.1 實驗材料 56
3.1.1 基材 56
3.1.1.1酚醛樹脂 56
3.1.1.2煤塔瀝青 56
3.1.2碳纖維布 56
3.1.3含浸液 56
3.1.3.1酚醛樹脂 56
3.1.4 密封層 57
3.1.5 石墨對照組 57
3.1.5.1 高密度石墨 57
3.1.5.2 核能級石墨 57
3.2 試片製備 57
3.2.1 預型材製備 57
3.2.2 預浸材製備 58
3.2.3 真空熱壓成型 59
3.2.4 試片裁切 59
3.2.5 穩定化 59
3.2.6 初步碳化 60
3.2.7 石墨化 61
3.2.8 真空緻密化含浸 61
3.2.8.1酚醛樹脂緻密化 61
3.3 性質量測及分析 62
3.3.1 體密度及孔隙率量測 63
3.3.2 抗彎試驗 64
3.3.3 熔鹽Flinak長時間靜態腐蝕測試 65
3.3.3.1 熔鹽Flinak的純化 65
3.3.3.2 熔鹽Flinak的長時間靜態腐蝕 66
3.3.4熔鹽Flinak的動態沖蝕測試 66
3.3.4.1 沖蝕儀器介紹 66
3.3.4.2熔鹽Flinak的純化-動態沖蝕 66
3.3.4.3熔鹽Flinak的動態沖蝕 67
3.3.5電子顯微鏡觀察 68
3.3.5.1測試前拍攝前處理 68
3.3.5.2測試後拍攝前處理 68
第四章 結果與討論 85
4.1 碳/碳複合材料製程調整前後密度性質之比較 85
4.1.1 針軋方式對碳/碳複合材料密度性質之影響 85
4.1.2 碳化速率對碳/碳複合材料密度性質之影響 86
4.1.3 碳/碳複合材料製程調整前後密度性質的綜合比較 87
4.2 碳/碳複合材料製程調整前後孔隙率性質之比較 87
4.2.1針軋方式對碳/碳複合材料孔隙率性質之影響 88
4.2.2 碳化速率對碳/碳複合材料孔隙率性質之影響 88
4.2.3 碳/碳複合材料製程調整前後孔隙率性質的綜合比較 89
4.3 碳/碳複合材料抗彎強度測試之綜合比較 90
4.3.1 碳/碳複合材料抗彎強度值之綜合比較 90
4.3.2 核能級石墨與工業級高密度石墨的抗彎強度值綜合比較 91
4.3.3 碳/碳複合材料抗彎強度曲線之綜合比較 92
4.3.4核能級石墨與工業級高密度石墨的抗彎強度值綜合比較 93
4.4 碳/碳複合材料破斷面顯微結構分析 93
4.4.1碳/碳複合材料抗彎測試之顯微結構 93
4.4.2核能級石墨與工業級高密度石墨抗彎測試之顯微結構 94
4.5碳材料的靜態腐蝕與沖蝕測試分析 94
4.5.1 各種碳材料試片腐蝕前SEM 94
4.5.2各種碳材料試片腐蝕後SEM 95
4.5.2.1 碳材料試片腐蝕後(鹽類未清理)SEM 96
4.5.2.2 碳材料試片腐蝕後(鹽類清理後)SEM 96
4.5.2.3 碳材料試片腐蝕後不同深度橫截面SEM 97
4.5.2.4 碳材料試片長時間靜態腐蝕綜合比較 97
4.5.3各種碳材料試片沖蝕後SEM 97
4.5.3.1碳材料試片沖蝕後(鹽類未清理)SEM 98
4.5.3.2碳材料試片沖蝕後(鹽類清理後)SEM 98
4.5.3.3碳材料試片沖蝕後不同深度橫截面SEM 99
4.5.3.4碳材料試片沖蝕後綜合比較 99
第五章 結論 151
第六章 參考文獻 152





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