碳/碳复合材料纳米尺度石墨微晶传热性能的分子动力学研究

发布时间：2022-01-17 07:43

　　碳/碳（C/C）复合材料在诸如导弹端头帽、航天飞机鼻锥和机翼以及火箭发动机喷管喉衬等航空航天领域和军工国防领域热防护相关部件上扮演重要角色。C/C复合材料优异的导热性能和较低的密度使该材料在上述领域不可或缺。C/C复合材料内部结构主要由碳纤维或碳纤维编织物和碳纤维之间填充的碳基体构成。在纳米尺度下,碳纤维和基体碳的基本结构为石墨微晶。石墨微晶导热性能优劣直接关系到C/C复合材料整体性能好坏。然而,由于石墨微晶为石墨烯片层堆叠而成的各向异性结构,尺度较小,结构复杂,传统晶格动力学方法理论研究真实石墨微晶热导率时还存在诸多问题;此外,C/C复合材料中真实石墨微晶结构的热传导特性和声子输运特性也有待揭示。本文采用分子动力学模拟方法结合晶格动力学分析的方法,研究内容包括四部分:（1）不同势能模型预测石墨微晶热导率的适用性;（2）基于真实晶格振动位置修正简正模式分析法;（3）石墨微晶不同类型晶格缺陷与导热的相关性;（4）扭转应力对石墨烯与石墨微晶导热性能的影响。本文研究目的是发展和完善纳米尺度石墨微晶热导率分析方法,揭示C/C复合材料中真实纳米尺度石墨微晶导热性能影响因素,分析影响机理,为高性能... 

【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：129 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１?Ｃ／Ｃ复合材料的典型应用??

上述质量即成本的航空航天领域和军工国防领域的应用中具有很大优势。另一方面，??随着原材料成本的降低和生产制造工艺的成熟，Ｃ／Ｃ复合材料的应用正逐渐进入工??业领域，如图１－１?ｄ）、ｅ）、ｆ）所示，己被应用于高温发动机燃烧室的喷嘴和隔热屏［８］、??飞机刹车片⑶、涡轮叶片ｎ〇］等高温环境中。二十一世纪被称为是“碳纤维世纪”ｎｎ，??ｃ／ｃ复合材料作为高温环境下热性能和力学性能优异的碳纤维增强复合材料，具备??了广阔的应用空间。??近年来，在不断发展新工艺、优化Ｃ／Ｃ复合材料性能的过程中，工程上逐渐把??关注点从宏观尺度的工艺控制转向了微纳尺度制造和加工技术｜｜２］。在纳米尺度下，??理想的Ｃ／Ｃ复合材料典型结构为石墨微晶，即由若千层理想石墨烯按照ＡＢＡＢ方式??堆叠形成的微纳尺度晶体［１３］，如图１－２所示。其中，石墨烯是由ｓｐ２杂化的碳原子??按照正六边形排列紧密堆积形成的单层二维蜂窝状晶格结构，其单层厚度约为３．４?Ａ，??是构建其他维数碳质材料的基本单元

图１２９］??ａ）?Ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ?ｉｍａｇｅ?ｂ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒｓ??－／一

【参考文献】：
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本文编号：3594334