低溫各向同性炭 (low temperature isotropic carbon，LTIC) 從流化床獲得，沉積溫度為1100～1400℃，具有各向同性結構和性能的熱解炭。在核反應堆中，為防止核燃料產生的裂變物質的泄出，需要對核燃料進行氣密性包覆；炭素材料是惟一可用作包覆的物質。各向同性炭由此作為核燃料外殼而被開發。這裡論述的是指用作生物炭的各向同性炭。
基本介紹
- 中文名：低溫各向同性炭
- 外文名：low temperature isotropic carbon，LTIC
- 學科：冶金工程
- 領域：能源
- 範圍：冶煉
- 沉積溫度：沉積溫度為1100～1400℃
簡介,製造工藝,分類,工藝參數,性能,
簡介
低溫各向同性炭 (low temperature isotropic carbon，LTIC) 從流化床獲得，沉積溫度為1100～1400℃，具有各向同性結構和性能的熱解炭。在核反應堆中，為防止核燃料產生的裂變物質的泄出，需要對核燃料進行氣密性包覆；炭素材料是惟一可用作包覆的物質。各向同性炭由此作為核燃料外殼而被開發。這裡論述的是指用作生物炭的各向同性炭。
製造工藝
沉積設備是一種立式管狀爐，用感應加熱，一個底部呈漏斗狀的石墨管插入感應圈中，按一定比例的惰性氣體(N2、At)和碳氫化合物由底部通入。把作為低溫同性炭沉積的基體的顆粒(ZrO3或Al2O3)放入石墨管中。這些顆粒受下部氣流的吹動而上下翻滾，懸浮於空中，碳氫化合物氣體遇到這些已加熱的顆粒即發生熱分解，低溫各向同性炭沉積在顆粒外表，形成非常緻密的塗層。這種工藝取名為流化床沉積。
分類
根據沉積過程中流化床的總表面積的變化，流化床可分為穩態沉積和非穩態沉積兩種：
(1)穩態沉積。隨著沉積的進行，顆粒表面沉積炭的厚度逐漸加厚，直徑逐漸擴大，顆粒總表面積逐漸增大，當顆粒的直徑達到某一尺度時，通過一個特殊設計的出口自動流出，從而使系統中顆粒總的表面積維持在某一數值不變。
(2)非穩態沉積。指沉積過程中顆粒表面沉積炭逐漸增厚，直徑擴大，總表面積逐漸增加，直到沉積結束，總的床面積不保持恆定。
工藝參數
主要工藝參數如下：
(1)沉積溫度。顆粒被加熱的溫度，碳氫化合物在此溫度下熱解，沉積溫度對各向同性炭的結構、性能有著決定性的影響，低溫各向同性炭的沉積溫度為1100--1400℃。同時也影響著沉積速度和沉積效率。
(2)流化床面積。在反應腔內作為同性炭基體的顆粒總表面積，這些顆粒常用的有氧化鋁、氧化鋯及石墨。流化床面積的變化會引起同性炭微結構的變化，從而也改變了同性炭的一些理化性能。
(3)氣體組成。低溫各向同性炭的炭源為甲烷、丙烷等碳氫化合物，而稀釋氣體則為氮、氫及氦等惰性氣體。而碳氫化合物和惰性氣體比例的變化，實際上使整個體系中氫含量及炭濃度的改變，這種改變引起同性炭的結構、性能及沉積速度的改變。
(4)接觸時間。指進入反應管中氣體(碳氫化合物和惰性氣體的總和)通過反應區域所需的時間。接觸時間的長短表示氣體在反應管中流動速度的大小。反映了在單位時間內進入反應室內炭含量的多少，從而影響沉積速度及同性炭的性能。
性能
主要性能見表1。
表1
表1低溫各向同性炭的顯微結構在偏光下不呈光學活性，具有很小的擇優取向度，生長環境的差異引起晶粒尺寸變化較大，密度變化也較大。與低溫各向同性炭生產工藝相似的其他熱解炭的顯微結構有“粒狀結構”及“層狀結構”，它們三者之間的變化是連續的隨工藝環境之不同而逐漸改變，無明顯的界限區分。
