高导热石墨膜增强C/C复合材料的制备与结构性能研究
发布时间：2021-03-29 20:54
随着航空航天、电子器件等领域很多部件的高功率密度化,累计了大量的热量,严重制约了这些器件的小型化、集成化和高性能化发展,使用高导热率材料成为摆脱这些限制的解决措施。高导热C/C复合材料不仅具有密度低、比强度和比模量高等优异性能,更兼有优异的导热、导电性能,是通讯卫星、飞机刹车片、喷管喉衬、前缘等产热量高并急需导走热量的首选使用材料。一直以来作为C/C复合材料导热增强体的中间相沥青基炭纤维虽然具有优异的导热性能,但其存在制备工艺复杂、编织困难、成本高等缺点,大大限制了高导热C/C复合材料的进一步发展和应用。针对以上问题,本研究将采用近年来出现并快速发展的一种新型高导热石墨材料——人造高导热石墨膜作为导热增强体,制备高导热C/C复合材料。其不仅比高导热中间相沥青基炭纤维的导热率高,还具有相对较低的成本等优点。因此用高导热石墨膜作为增强体,无疑在提高C/C复合材料导热率和节约成本等方面有很大的作用。本研究采用多次液相浸渍-碳化工艺,以高导热石墨膜为增强体,浸渍沥青为基体前驱体制备高导热C/C复合材料。首先讨论了石墨膜体积分数对所制备材料性能的影响。结果表明:1)石墨膜体积分数也对C/C复合材...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２炭纤维楔形劈裂的（ａ）扫描热成像图和（ｂ）光学照片［３９］??Ｆｉｇ?１－２?（ａ）?Ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｔｈｅｒｍｏｇｒａｍｓ?ａｎｄ?（ｂ）?ｏｐｔｉｃａｌ?ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ?ｗｅｄｇｅ?ｓｐｌｉｔｓ??中间相沥青基炭纤维（ＭＰＣＦ）由于沿其轴向具有高度的晶体取向，因此其轴向??热导率极高，常常作为高导热Ｃ／Ｃ复合材料的导热增强体
维和沉积炭之间的界面、炭纤维和热解炭（沥青炭、树脂炭）的界面、沉积炭与热解??炭之间的界面以及沥青炭与树脂炭之间的界面。其中，炭纤维与炭基体之间的结合方??式有以下四种形式［６８］，如图１－３所示，图中（ａ）所示的平行板结构最不常见，（ｂ）??和（ｃ）所示结构一般出现在沥青炭和炭纤维界面中，（ｄ）所示结构常出现在树脂炭??与炭纤维的界面中，也会出现在沉积炭与炭纤维的界面中。??＾￣＾?＾￣ｙ???＊?ｘ??图１－３炭纤维与炭基体的四种结合方式［６９］??（ａ）?平行板结构；（ｂ）垂直板结构；（ｃ）壳型板结构；（ｄ）各向同性结构??Ｆｉｇ?１－３?Ｆｏｕｒ?ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ?ｗａｙｓ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ?ａｎｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｒｉｘ??（ａ）?Ｐａｒａｌｌｅｌ?ｐｌａｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；?（ｂ）?Ｖｅｒｔｉｃａｌ?ｐｌａｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；?（ｃ）?Ｓｈｅｌｌ?ｐｌａｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；?（ｄ）?Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??在使用液相浸溃－碳化法制备Ｃ／Ｃ复合材料时，炭纤维与热解炭之间的界面会存??在大量孔隙，且用液相浸渍法难以填充界面之间的孔隙，因此常用化学气相沉积法对??其界面孔隙进行填充，形成“钉孔”结构［７（）］。在制备Ｃ／Ｃ复合材料时，如果先在炭纤??维表面进行气相沉积形成沉积炭后，再对其进行液相浸溃－碳化，在沉积炭和热解碳之??间形成的界面称为“诱导”结构。??Ｃ／Ｃ复合材料的界面有有以下表征方法：（１）界面层的化学组成和结构表征；（２）??炭纤维表面形态；（３）界面层的密度和厚度；（４）界面层的粘结性与残余应力表征。??由于Ｃ／Ｃ复合材料的界面难于测试表征
ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｂｌａｃｋ?ｐｏｉｎｔ?ｉｓ?ｔｈｅ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ａｆｔｅｒ?ｔｈｅ?ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）??具有较高石墨化度的炭材料主要靠晶格振动传热，声子和电子是其传热载流子，??图１－４是其传热振动示意图［７５］。炭材料中晶格的传热振动与其晶面方向有关，（００２）??晶面的传热振幅最大，因此炭材料沿（００２）晶面方面的传热性能最好，而沿（１１０）??晶面的传热振幅最小，因此材料沿（Ｕ０）晶面的传热性能最差。因此可以通过调整??使炭材料沿其（００２）晶面高度取向，就可以使炭材料沿此方向热导率增加。同时，??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高导热石墨膜的制备及表征[J]. 袁观明,李轩科,董志军,崔正威,从野,张江,李艳军,张中伟,王俊山. 功能材料. 2015(17)
[2]高导热C/C复合材料的发展现状[J]. 孔清,樊桢,余立琼,冯志海. 宇航材料工艺. 2014(01)
[3]一维高导热C/C复合材料的制备研究[J]. 林剑锋,袁观明,李轩科,董志军,张江,张中伟,王俊山. 无机材料学报. 2013(12)
[4]纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响[J]. 陈洁,熊翔,肖鹏. 北京工业大学学报. 2008(09)
[5]单向C/C复合材料导热系数的计算[J]. 陈洁,熊翔,肖鹏. 炭素技术. 2008(02)
[6]不同基体碳对单向C/C复合材料导热性能的影响[J]. 陈洁,熊翔,肖鹏. 宇航材料工艺. 2008(01)
[7]炭/炭复合材料致密化工艺研究进展[J]. 李伟,陈振华,张明,周海涛. 炭素. 2007(04)
[8]两种沥青炭微观结构和性能的对比研究[J]. 黄剑,郝志彪,邹武,刘建军,程文. 炭素. 2006(04)
[9]高残炭率酚醛树脂的耐热性能研究[J]. 陈智琴,刘洪波,何月德,陈鸯飞. 工程塑料应用. 2006(11)
[10]煤沥青中α、β、γ树脂含量对中间相炭微球收率的影响[J]. 冀勇斌,李铁虎,王文志,李昊,张晶宇. 西北工业大学学报. 2006(03)
博士论文
[1]高导热炭材料的制备研究[D]. 袁观明.武汉科技大学 2012
硕士论文
[1]酚醛树脂炭的催化石墨化及其在C/C复合材料中的应用[D]. 肖绍懿.湖南大学 2010
[2]C/C复合材料浸渍用基体前驱体煤沥青的研究[D]. 沈益顺.中南大学 2008
本文编号：3108176
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２炭纤维楔形劈裂的（ａ）扫描热成像图和（ｂ）光学照片［３９］??Ｆｉｇ?１－２?（ａ）?Ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｔｈｅｒｍｏｇｒａｍｓ?ａｎｄ?（ｂ）?ｏｐｔｉｃａｌ?ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ?ｗｅｄｇｅ?ｓｐｌｉｔｓ??中间相沥青基炭纤维（ＭＰＣＦ）由于沿其轴向具有高度的晶体取向，因此其轴向??热导率极高，常常作为高导热Ｃ／Ｃ复合材料的导热增强体
维和沉积炭之间的界面、炭纤维和热解炭（沥青炭、树脂炭）的界面、沉积炭与热解??炭之间的界面以及沥青炭与树脂炭之间的界面。其中，炭纤维与炭基体之间的结合方??式有以下四种形式［６８］，如图１－３所示，图中（ａ）所示的平行板结构最不常见，（ｂ）??和（ｃ）所示结构一般出现在沥青炭和炭纤维界面中，（ｄ）所示结构常出现在树脂炭??与炭纤维的界面中，也会出现在沉积炭与炭纤维的界面中。??＾￣＾?＾￣ｙ???＊?ｘ??图１－３炭纤维与炭基体的四种结合方式［６９］??（ａ）?平行板结构；（ｂ）垂直板结构；（ｃ）壳型板结构；（ｄ）各向同性结构??Ｆｉｇ?１－３?Ｆｏｕｒ?ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ?ｗａｙｓ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ?ａｎｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｒｉｘ??（ａ）?Ｐａｒａｌｌｅｌ?ｐｌａｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；?（ｂ）?Ｖｅｒｔｉｃａｌ?ｐｌａｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；?（ｃ）?Ｓｈｅｌｌ?ｐｌａｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；?（ｄ）?Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??在使用液相浸溃－碳化法制备Ｃ／Ｃ复合材料时，炭纤维与热解炭之间的界面会存??在大量孔隙，且用液相浸渍法难以填充界面之间的孔隙，因此常用化学气相沉积法对??其界面孔隙进行填充，形成“钉孔”结构［７（）］。在制备Ｃ／Ｃ复合材料时，如果先在炭纤??维表面进行气相沉积形成沉积炭后，再对其进行液相浸溃－碳化，在沉积炭和热解碳之??间形成的界面称为“诱导”结构。??Ｃ／Ｃ复合材料的界面有有以下表征方法：（１）界面层的化学组成和结构表征；（２）??炭纤维表面形态；（３）界面层的密度和厚度；（４）界面层的粘结性与残余应力表征。??由于Ｃ／Ｃ复合材料的界面难于测试表征
ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｂｌａｃｋ?ｐｏｉｎｔ?ｉｓ?ｔｈｅ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ａｆｔｅｒ?ｔｈｅ?ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）??具有较高石墨化度的炭材料主要靠晶格振动传热，声子和电子是其传热载流子，??图１－４是其传热振动示意图［７５］。炭材料中晶格的传热振动与其晶面方向有关，（００２）??晶面的传热振幅最大，因此炭材料沿（００２）晶面方面的传热性能最好，而沿（１１０）??晶面的传热振幅最小，因此材料沿（Ｕ０）晶面的传热性能最差。因此可以通过调整??使炭材料沿其（００２）晶面高度取向，就可以使炭材料沿此方向热导率增加。同时，??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高导热石墨膜的制备及表征[J]. 袁观明,李轩科,董志军,崔正威,从野,张江,李艳军,张中伟,王俊山. 功能材料. 2015(17)
[2]高导热C/C复合材料的发展现状[J]. 孔清,樊桢,余立琼,冯志海. 宇航材料工艺. 2014(01)
[3]一维高导热C/C复合材料的制备研究[J]. 林剑锋,袁观明,李轩科,董志军,张江,张中伟,王俊山. 无机材料学报. 2013(12)
[4]纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响[J]. 陈洁,熊翔,肖鹏. 北京工业大学学报. 2008(09)
[5]单向C/C复合材料导热系数的计算[J]. 陈洁,熊翔,肖鹏. 炭素技术. 2008(02)
[6]不同基体碳对单向C/C复合材料导热性能的影响[J]. 陈洁,熊翔,肖鹏. 宇航材料工艺. 2008(01)
[7]炭/炭复合材料致密化工艺研究进展[J]. 李伟,陈振华,张明,周海涛. 炭素. 2007(04)
[8]两种沥青炭微观结构和性能的对比研究[J]. 黄剑,郝志彪,邹武,刘建军,程文. 炭素. 2006(04)
[9]高残炭率酚醛树脂的耐热性能研究[J]. 陈智琴,刘洪波,何月德,陈鸯飞. 工程塑料应用. 2006(11)
[10]煤沥青中α、β、γ树脂含量对中间相炭微球收率的影响[J]. 冀勇斌,李铁虎,王文志,李昊,张晶宇. 西北工业大学学报. 2006(03)
博士论文
[1]高导热炭材料的制备研究[D]. 袁观明.武汉科技大学 2012
硕士论文
[1]酚醛树脂炭的催化石墨化及其在C/C复合材料中的应用[D]. 肖绍懿.湖南大学 2010
[2]C/C复合材料浸渍用基体前驱体煤沥青的研究[D]. 沈益顺.中南大学 2008
本文编号：3108176
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