炭纤维是一种比强度、比模量高,高温性能良好的材料,用于制备高性能复合材料,广泛应用于航天航空等高科技领域。炭纤维表面原位生长碳纳米纤维或螺旋碳纤维(微螺旋碳纤维和螺旋碳纳米纤维)可以进一步提高复合材料的性能或赋予其特殊的功能,但至今未见炭纤维表面原位生长螺旋碳纤维的报导。本论文采用催化化学气相沉积法,以天然气或丙烯为碳源,在炭纤维表面原位生长出碳纳米纤维,以乙炔为碳源,在炭纤维表面原位生长螺旋碳纤维。较系统的研究化学气相沉积工艺参数对不同碳源气生长碳纳米纤维或螺旋碳纤维的影响。1)采用天然气可以在炭纤维表面生长碳纳米纤维,这有望降低碳纳米纤维的生产成本。天然气流量为0.8 l/min、氢气流量为1.0 l/min、温度为750℃、反应时间为45min时能得到纯度较高,直径较均匀的碳纳米纤维;2)丙烯流量为0.3 l/min、氢气流量为1.5 l/min、生长时间为30min的工艺条件下,控制生长温度为650℃和添加浓度为4%的噻吩时能得到直径更细小、更均匀,纯度较高的层片状碳纳米纤维;3)首次在炭纤维表面原位生长了微螺旋碳纤维,其较佳的CVD工艺为:温度680℃、乙炔1.0 l/min、氢气2.0 l/min、氮气1.0 l/min、噻吩浓度16%、生长时间60min,采用分时间段通入乙炔气体的工艺方法还可以在炭纤维表面得到近似阵列生长的微螺旋碳纤维;4)首次在炭纤维表面原位生长了螺旋碳纳米纤维,其较佳的CVD工艺为:温度650℃、乙炔0.8 l /min、氢气1.2 l /min、噻吩浓度8%、硝酸镍浓度0.1 mol/l、生长时间60min;初步探讨了炭纤维表面原位生长碳纳米纤维或螺旋碳纤维的机制,碳纳米纤维和螺旋碳纤维都以顶部模式在炭纤维表面生长,螺旋碳纤维的生长与多面体催化剂颗粒的形成有关。