沥青基碳/碳复合材料热导率的理论研究
发布时间:2021-06-10 12:15
碳/碳复合材料是一种超导热复合材料,广泛应用于航空航天等领域,如飞机的刹车片,火箭的喉管和导弹的弹头等。碳/碳复合材料主要由碳纤维、基体以及孔隙和裂纹组成,结构复杂,热导率影响因素众多,其热导率的测量存在诸多困难。因此,在真实材料结构特点的基础上发展一套预测碳/碳复合材料热导率的理论模型显得尤为重要。沥青基碳/碳复合材料应用广泛,且结构统一,本文针对沥青基碳/碳复合材料的真实结构,建立预测其热导率的模型。在本文研究中,考虑到基体碳中不同区域的热导率不同,首先建立了纳米尺度的模型,描述了不同石墨化度下的石墨微晶尺寸和倾角不同,用等效电路法建立了石墨微晶热导率与微晶尺寸和倾角的关系;扩大到微米尺度上考虑基体碳的非均匀性等影响因素,发展了一套能够分别准确预测沿纤维轴向和径向热导率的传热模型。此模型考虑了以沥青基为基体的碳/碳复合材料,并同时与5组沿纤维轴向和径向热导率的不同实验数据进行了验证。结果表明当前模型能够准确的预测碳/碳复合材料的热导率。模型除了考虑基体碳的非均匀性外,同时考虑到碳纤维热导率(径向和轴向)、纤维体积含量、纤维直径、整体孔隙率、界面(考虑界面相厚度、界面中的孔隙率)等因...
【文章来源】:华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:80 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
图1-2碳/碳复合材料的预制体的主要结构??
?针刺整体租?短纤维模压??图1-2碳/碳复合材料的预制体的主要结构??碳/碳复合材料的纤维和基体的种类也有很多。目前碳/碳复合材料的碳纤??-维直径为5?8?^irn,常用种类为PAN基和渐青基碳纤维,其中PAN基碳纤维??容易与基体碳形成很好的结合面,而浙青基纤维与基体碳的结合面要差很多。??若基体碳相同,但纤维的种类不同时,则整体碳/碳复合材料的结构也相差很大,??如图1-3为pitchA基体碳和H种纤维构成的高密度碳/碳复合材料,表1-1为组??成的H种碳/碳复合材料在温度为293?K时的热导率值的比较??瞧墜麵??(a)?T-300?(b)?F-180?(c)?P-100??图1-3不同纤维的碳/碳复合材料的电镜照片(SEM)??表
(如图l-4(a)),即基体碳沿纤维径向方向成非均匀分布。其界面相有完全脱开、??部分脱开、相对理想的接触等复杂结构(如图l-4(b)),同时界面和纤维交界面??处会有孔洞和裂纹等缺陷(如图1-5)。当纤维种类相同而基体种类不同时,整??体碳/碳复合材料的热导率也相差各异,表1-2为PAN基纤维,与不同洒青基??基体组成的碳/碳复合材料的热导率比较tW。由于碳/碳复合材料结构的复杂性,??其热导率受多种因素的影响,其中纤维的取向及体积分数Pi-22^、基体碳的不同??口3]、界面相的结合及孔隙和裂纹[M—26]、石墨化度的不同口7-M]等因素对材料的热??导率的影响尤为突出。下表1-3给出了不同的纤维,不同的体积分数,不同的??孔隙率,不同的石墨化度(热处理温度)下的碳/碳复合材料热导率的比较P气??圓議??(a)?脚??图1-4巧青基碳/碳复合材料微观结构??图1-5界面和纤维交界面处的孔臟??4??
【参考文献】:
期刊论文
[1]Microstructure and thermal conductivity of carbon/carbon composites made with different kinds of carbon fibers[J]. 陈洁,龙莹,熊翔,肖鹏. Journal of Central South University. 2012(07)
[2]Catalytic graphitization of carbon/carbon composites by lanthanum oxide[J]. 张灿,路贵民,孙泽,于建国. Journal of Rare Earths. 2012(02)
[3]无限大平板非稳态导热理论分析[J]. 顾祥红. 沈阳工业大学学报. 2009(01)
[4]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)
[5]中国的超导托卡马克装置HT-7U用炭基面对等离子体材料的研究(英文)[J]. 郭全贵,刘朗,宋进仁,李建刚,陈俊凌. 新型炭材料. 2001(03)
[6]稳态热流计法导热仪测试人造板导热系数[J]. 黎爱纯. 南京林业大学学报. 1997(03)
[7]测定保温材料导热系数的自补偿圆管法[J]. 王素美,宗祥康,施明恒. 东南大学学报. 1997(02)
[8]稳态平板法实验样品的绝热分析[J]. 林中鹤. 华中师范大学学报(自然科学版). 1994(01)
[9]先进战略导弹用材料的现状和发展前景[J]. 邱惠中. 宇航材料工艺. 1992(04)
本文编号:3222354
【文章来源】:华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:80 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
图1-2碳/碳复合材料的预制体的主要结构??
?针刺整体租?短纤维模压??图1-2碳/碳复合材料的预制体的主要结构??碳/碳复合材料的纤维和基体的种类也有很多。目前碳/碳复合材料的碳纤??-维直径为5?8?^irn,常用种类为PAN基和渐青基碳纤维,其中PAN基碳纤维??容易与基体碳形成很好的结合面,而浙青基纤维与基体碳的结合面要差很多。??若基体碳相同,但纤维的种类不同时,则整体碳/碳复合材料的结构也相差很大,??如图1-3为pitchA基体碳和H种纤维构成的高密度碳/碳复合材料,表1-1为组??成的H种碳/碳复合材料在温度为293?K时的热导率值的比较??瞧墜麵??(a)?T-300?(b)?F-180?(c)?P-100??图1-3不同纤维的碳/碳复合材料的电镜照片(SEM)??表
(如图l-4(a)),即基体碳沿纤维径向方向成非均匀分布。其界面相有完全脱开、??部分脱开、相对理想的接触等复杂结构(如图l-4(b)),同时界面和纤维交界面??处会有孔洞和裂纹等缺陷(如图1-5)。当纤维种类相同而基体种类不同时,整??体碳/碳复合材料的热导率也相差各异,表1-2为PAN基纤维,与不同洒青基??基体组成的碳/碳复合材料的热导率比较tW。由于碳/碳复合材料结构的复杂性,??其热导率受多种因素的影响,其中纤维的取向及体积分数Pi-22^、基体碳的不同??口3]、界面相的结合及孔隙和裂纹[M—26]、石墨化度的不同口7-M]等因素对材料的热??导率的影响尤为突出。下表1-3给出了不同的纤维,不同的体积分数,不同的??孔隙率,不同的石墨化度(热处理温度)下的碳/碳复合材料热导率的比较P气??圓議??(a)?脚??图1-4巧青基碳/碳复合材料微观结构??图1-5界面和纤维交界面处的孔臟??4??
【参考文献】:
期刊论文
[1]Microstructure and thermal conductivity of carbon/carbon composites made with different kinds of carbon fibers[J]. 陈洁,龙莹,熊翔,肖鹏. Journal of Central South University. 2012(07)
[2]Catalytic graphitization of carbon/carbon composites by lanthanum oxide[J]. 张灿,路贵民,孙泽,于建国. Journal of Rare Earths. 2012(02)
[3]无限大平板非稳态导热理论分析[J]. 顾祥红. 沈阳工业大学学报. 2009(01)
[4]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)
[5]中国的超导托卡马克装置HT-7U用炭基面对等离子体材料的研究(英文)[J]. 郭全贵,刘朗,宋进仁,李建刚,陈俊凌. 新型炭材料. 2001(03)
[6]稳态热流计法导热仪测试人造板导热系数[J]. 黎爱纯. 南京林业大学学报. 1997(03)
[7]测定保温材料导热系数的自补偿圆管法[J]. 王素美,宗祥康,施明恒. 东南大学学报. 1997(02)
[8]稳态平板法实验样品的绝热分析[J]. 林中鹤. 华中师范大学学报(自然科学版). 1994(01)
[9]先进战略导弹用材料的现状和发展前景[J]. 邱惠中. 宇航材料工艺. 1992(04)
本文编号:3222354
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