Characterization of polyacrylonitrile based carbon fibers

PAN based carbon fibers are produced through a two-step heat treatment procedure to yield average values of 1.71 g/cm3 for density, 348 Ksi for tensile strength, 36 Msi for elastic modulus, and a diameter of 7.32 μm, thus indicating a fully carbonized structure. Scanning electron microscope analyses show the carbon fibers to be perfectly round and of uniform cross-section. X-ray diffraction studies made on these fibers indicate that the structure of the polyacrylonitrile base is maintained through the heat treatment procedures with Lc ≈ 30, La ≈ 45, and d002 ≈ 3.49 A as structural parameters. Comparison of are lengths in the diffraction patterns, which are a measure of preferred orientation of the basal planes, indicate PAN molecules are better aligned than the carbon layers to their respective fiber axes. The field-ion microscope study, done in a medium of 10% Ne+ 90% He gas mixture, shows, for the first time, row of carbon atoms arranged along the edges of the layer planes. The imaging area is seen to correspond to the dimensions of a single ribbon and also stacking of layers in a carbon ribbon appear to be quite random. To further improve quality of FIM images, electrodepositions of copper and platinum metal overgrowths are seen to yield more definition on the imaging surface by the epitaxially grown adatom layers. More success is achieved though in imaging copper overlayers than those of platinum and this may be attributable to the different current densities used in the electroplating process. Kohlenstoffasern auf PAN-Basis werden mittels eines Zweistufen-Heizverfahrens hergestellt und mittlere Werte von 1,71 g/cm3 fur Dichte, 348 Ksi fur Dehnungsstarke, 36 Msi fur den Elastizitatsmodul und ein Durchmesser von 7,32 μm erhalten, was somit eine vollstanding karbonisierte Struktur anzeigt. Rasterelektronenmikroskopische Analyse zeigt, das die Kohlenstoffasern perfekt rund und von gleichformigem Querschnitt sind. Rontgenbeugungsuntersuchungen an diesen Fasern ergeben, das die Struktur der Polyacrylonitrilbasis wahrend des Heizverfahrens erhalten bleibt mit Lc ≈ 30, La ≈ 45, und d002 ≈ 3.49 A als Strukturparameter. Ein Vergleich der Bogenlangen in den Beugungsdiagrammen, die ein Mas fur die bevorzugte Orientierung der Basisebenen sind, zeigt, das die PAN-Molekule besser als die Kohlenstoffschichten bezuglich ihrer Faserachsen ausgerichtet sind. Die Feldionenmikroskop-Untersuchung in einer 10% Ne + 90% He-Gasmischung zeigt erstmalig eine Reihe von Kohlenstoffatomen, die entlang den Kanten der Schichtebenen angeordnet sind. Die Abbildungsflache entspricht den Abmessungen eines einzelnen Streifens und auch die Stapelung der Schichten in einem Kohlenstoffstreifen erscheint vollig regellos. Um weiter die Qualitat der FIM-Diagramme zu verbessern, wird beobachtet, das Elektroniederschlag von Kupfer-und Platinmetalluberzugen grosere Prazision uber die abbildende Oberflache durch epitaktisch gewachsene Adatomschichten ergibt. Groserer Erfolg wird mit der Abbildung von Kupferuberzugen als mit Platin erhalten, dies kann den im Elektroplattierungsprozes benutzten unterschiedlichen Stromdichten zugeschrieben werden.