高导热沥青基炭纤维的制备及其在三维炭/炭复合材料中的应用研究

发布时间：2022-12-10 22:49

　　中间相沥青基炭纤维及其复合材料具有低密度、低热膨胀系数等特点,在导电导热和力学性能等方面表现特别优异,成为当今材料应用领域的佼佼者,在军事工业、民用领域等应用很有前景,中间相沥青基炭纤维的最终性能在很大程度上取决于其显微结构特征-石墨片层的取向和有序排列、石墨微晶参数和结构缺陷。而炭纤维的显微结构又与预氧化过程中的化学结构演变和炭化石墨化过程中的晶体结构演变直接相关。因此,本文研究了中间相沥青纤维在预氧化过程中的化学结构演变、炭化和石墨化过程中的晶体结构演变,并探讨了最终炭纤维显微结构与其导电导热和力学性能的关联。此外,本文制备了基于中间相沥青基炭纤维的三维高导热C/C复合材料,并探讨了基体碳对其导热性能的影响。研究工作取得的主要结论如下:1、通过FT-IR、TG-MS、EDS等测试手段揭示了预氧化过程中纤维的化学结构变化及相应石墨纤维的显微结构演变。分析认为,氧的扩散和反应过程决定着沥青纤维预氧化的进程和均匀性。纤维截面的氧分布的均匀性和氧化程度是影响最终炭纤维的显微结构与性能的根本原因。沥青纤维经低温长时间氧化,纤维的横截面结构均匀,径向氧分布梯度小;经高温短时间氧化,纤维易形成皮... 

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 炭纤维发展概述
    1.2 沥青基炭纤维的简介
        1.2.1 沥青基炭纤维的定义及分类
        1.2.2 沥青基炭纤维的制备工艺
        1.2.3 中间相沥青的制备
        1.2.4 沥青熔融纺丝
        1.2.5 沥青基纤维的预氧化处理
        1.2.6 沥青基纤维的炭化/石墨化处理
    1.3 炭/炭复合材料的简介
        1.3.1 炭/炭复合材料的制备工艺
        1.3.2 复合材料增强体的选择
        1.3.3 预成形体的选择
        1.3.4 复合材料的致密化
    1.4 研究的意义以及主要内容
第2章 实验与分析测试
    2.1 原料及化学试剂
    2.2 主要实验设备
    2.3 材料制备工艺简介及主要实验装置
        2.3.1 中间相沥青基炭纤维的制备
        2.3.2 C/C复合材料的制备
    2.4 分析测试方法
        2.4.1 纤维及材料的组成、结构分析
        2.4.2 纤维及材料性能测试
第3章 中间相沥青纤维预氧化工艺及机理研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 原料中间相沥青性质
        3.2.2 中间相沥青基炭纤维的制备
        3.2.3 中间相沥青基炭纤维的热处理
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 预氧化温度对纤维结构与性能的影响
        3.3.2 预氧化时间对纤维性能的影响
        3.3.3 中间相沥青纤维的预氧化机理分析
    3.4 小结
第4章 炭化和石墨化工艺对沥青基炭纤维的结构及性能影响
    4.1 前言
    4.2 实验
        4.2.1 实验原料
        4.2.2 炭化及石墨化处理工艺
    4.3 实验结果及讨论
        4.3.1 炭化对中间相沥青基炭纤维性能影响
        4.3.2 牵伸石墨化对中间相沥青基炭纤维结构与性能的影响
    4.4 小结
第5章 高导热三维炭/炭复合材料的结构与性能研究
    5.1 引言
    5.2 3 D-C/C复合材料的制备
        5.2.1 原料炭纤维
        5.2.2 预制体的编织工艺
        5.2.3 3 D-C/C复合材料的增密工艺
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 三维高导热炭/炭复合材料的显微结构
        5.3.2 3 D-C/C复合材料的微观形貌图
        5.3.3 3 D-C/C复合材料的XRD分析
        5.3.4 3 D-C/C复合材料的导热性能
        5.3.5 3 D-C/C复合材料的力学性能
        5.3.6 C/C复合材料的导热机制
    5.4 小结
第6章 论文总结
    6.1 论文结论
    6.2 创新点
    6.3 下一步工作的展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士期间发表的论文及取得的研究成果
附录2 攻读博士期间参与的科研项目
附录3 文中符号物理意义说明


【参考文献】：
期刊论文
[1]热重分析仪研究中间相沥青纤维的炭化[J]. 余芬,陈雷,费又庆.  矿冶工程. 2016(04)
[2]中间相沥青的研究进展[J]. 曲凤娇,刘东,郑凯元,牛建萍.  材料导报. 2014(01)
[3]中间相沥青纤维氧化增重过程[J]. 叶崇,陈石林,李维维,费又庆.  硅酸盐学报. 2012(08)
[4]高导热中间相沥青基炭纤维的微观结构分析[J]. 袁观明,李轩科,董志军,周婧,崔正威,从野,张中伟,王俊山.  功能材料. 2011(10)
[5]沥青基高取向带状炭纤维的制备及表征[J]. 袁观明,李轩科,董志军,崔正威,丛野,张中伟,王俊山.  无机材料学报. 2011(10)
[6]沥青基碳纤维的制备及应用研究进展[J]. 韩笑,徐国财,姚宝慧,张宏艳.  安徽化工. 2011(04)
[7]C/C复合材料高温抗氧化涂层的研究现状与展望[J]. 李贺军,薛晖,付前刚,张雨雷,史小红,李克智.  无机材料学报. 2010(04)
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博士论文
[1]炭/炭复合材料制动性能研究[D]. 熊翔.中南大学 2004

硕士论文
[1]中间相沥青纤维预氧化、碳化及其表征的研究[D]. 叶崇.湖南大学 2012
[2]中间相沥青基炭纤维轻度氧化的研究[D]. 李孝馀.湖南大学 2016
[3]一步法制备碳/碳复合材料[D]. 左向春.北京化工大学 2006
[4]煤沥青基中间相沥青的制备与性能研究[D]. 花双平.北京化工大学 2010



本文编号：3717662