磺化石墨烯对炭石墨材料微结构及力学与摩擦学性能影响
发布时间：2021-11-20 17:37
炭石墨材料是我国国民经济的重要基础产业。因其自身具有优良的自润滑、耐腐蚀、导电/热性、热稳定性等独特性能,被广泛应用于航天、航空、能源、冶金、汽车等核心领域。然而炭石墨材料存在典型的“多相、多孔、多组分”非均质特点,区别于历经熔融再二次结合的均质材料。此外,在炭石墨材料的制备过程中伴随着应力释放、粘结剂相热解缩聚反应,导致低分子量气体参与反应作为产物逸出基体,使得材料内部产生大小不一、位置随机的孔隙和不规则裂纹缺陷。同时苛刻的服役工况也易导致炭石墨材料中先天性微裂纹缺陷的扩展。目前,调控炭石墨材料的微结构,尽量抑制其内部缺陷,实现骨料相与粘结剂相的匹配是相关研究的热点和难点之一。针对现有的炭石墨材料存在的结构-功能难一致化、力学和摩擦学性能不能同步提升的缺陷,本文以沥青基炭石墨材料和树脂基炭石墨材料为研究对象,以“结构设计-制备方法-力学、摩擦学性能测试-微结构表征分析-机理阐明”为研究主线。采用磺化石墨烯自身二维结构作为不同炭相间的连接“骨架”,以其自身携带的磺酸基团作为连接炭材料的“支链”,在增强相骨料炭和基体相粘结剂间构建“骨架-支链”新结构。并阐明了新结构对炭石墨材料微结构、力...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２孔的类型??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ??
在炭石墨材料结构发生重组的同时，内部孔隙的大小和形状也会进一??步发生重排，根据孔隙的闭合与否又可将其分为：闭孔、幵孔和通孔，具体形状??如图１．２所示??Ｏｐｅｎ?＾??图１．２孔的类型??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ??ｃ裂纹??抵抗裂纹产生和扩展的能力是衡量炭石墨材料的重要性能指标之?＇。由于炭??石墨材料组成的多相和非均质特征，成型过程中，材料内部结构应力释放和炭质??５??
骨料与粘结剂的膨胀系数不匹配，必定会在炭石墨材料内部产生不规则、位置随??机分布的裂纹缺陷。在复合材料复杂的服役过程中，内应力和外力作用会进一步??加剧裂纹的衍生和扩展合并，如图１．３所示，最终引起炭石墨材料的宏观断裂失效。??为了更好的研究宏观尺度裂纹或微米尺度微裂纹的扩展机理和调控方法，一般可??按尺寸大小对裂纹分类，如表１．２所示。??■?ｍｍ??图１．３复合材料在内应力和外力作用下的裂纹扩展机制??Ｆｉｇ．?１．３?Ｃｒａｃｋ?ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｕｎｄｅｒ?ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｅｓｓ?ａｎｄ?ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｆｏｒｃｅ??表１．２裂纹的分类??Ｔａｂｌｅ?１．２?Ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｃｒａｃｋｓ??＾?微裂纹?裂纹?裂缝??长度＜２ｍｍ?长度２－５ｍｍ?长度＞５ｍｍ??ｒ—［?＿Ｌ?ｒｐｊ????Ｖ?＾?宽度＜０．２ｍｍ?宽度?０．２－０．５ｍｍ?宽度＞０．５ｍｍ??１．３．２结构缺陷的作用??由于原料本身的物理化学性质差异和制备工艺等因素，炭石墨材料内部存在??先天的孔隙和微裂纹等结构缺陷。这些结构缺陷的存在使固体炭结构不连续，对??炭石墨材料的密度、机械强度、耐磨性等性能有着直接的影响。在力学性能方面，??缺陷使得炭石墨材料内部应力相对集中，加剧了裂纹扩展和衍生，从而降低材料??的抗折、抗压等强度；在热学性能方面，炭石墨材料内部结构存在的缺陷，引起??晶格的热振动传播载体减少
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于石墨烯的结构功能一体化氧化物陶瓷复合材料:从制备到性能[J]. 范宇驰,王连军,江莞. 无机材料学报. 2018(02)
[2]液体火箭发动机端面密封用石墨材料内部缺陷检测工艺方法[J]. 庄宿国,宋春,李志宇,赵伟刚,王良. 宇航材料工艺. 2017(05)
[3]铝用炭阳极静、动态弹性模量及与阳极理化性能的关联[J]. 陈立康,刘田华,涂川俊. 炭素. 2017(03)
[4]石墨烯导电复合材料研究进展[J]. 王洪杰,向超,胡洪亮. 吉林建筑大学学报. 2016(03)
[5]铝用石墨质阴极不同焙烧温度下孔隙结构演化[J]. 李想,薛济来,郎光辉,朱骏,张亚楠,陈通. 北京科技大学学报. 2014(09)
[6]受电弓滑板载流磨损行为及其磨损面微结构研究进展[J]. 熊贤至,涂川俊,陈刚,邓联谱,金曦伦. 材料导报. 2014(01)
[7]电机用电刷的使用技术探究[J]. 张烨. 中国西部科技. 2013(03)
[8]碳纳米管增强树脂/石墨碳刷的制备与性能研究[J]. 晏义伍,曹海琳. 微特电机. 2013(02)
[9]合金含量对高速车轮材料滚动接触磨损性能的影响[J]. 曾东方,鲁连涛,张远彬,张继旺,温泽峰,朱旻昊. 摩擦学学报. 2012(06)
[10]碳纤维增强受电弓滑板制备及其摩擦磨损性能[J]. 袁华,王成国,张珊,高瑞,张丙明. 玻璃钢/复合材料. 2012(S1)
博士论文
[1]弓网系统在电滑动过程中材料转移特性的试验研究[D]. 胡艳.西南交通大学 2016
[2]沥青基碳及其复合材料制备与性能研究[D]. 郁军.太原理工大学 2010
[3]受电弓——接触网系统电接触特性研究[D]. 吴积钦.西南交通大学 2009
硕士论文
[1]超细颗粒石墨微观结构演化研究[D]. 张文婷.山东大学 2016
[2]石墨烯改性树脂基炭刷及其载流磨损性能研究[D]. 邓联谱.湖南大学 2016
[3]不同炭质受电弓滑板材料的载流磨损及抗磨抑弧机理研究[D]. 熊贤至.湖南大学 2014
[4]碳/碳—石墨材料的制备与性能研究[D]. 郑强.哈尔滨工业大学 2013
[5]含磺酸金属配合物的合成、结构和固体荧光性质的研究[D]. 袁小勇.赣南师范学院 2007
本文编号：3507815
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２孔的类型??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ??
在炭石墨材料结构发生重组的同时，内部孔隙的大小和形状也会进一??步发生重排，根据孔隙的闭合与否又可将其分为：闭孔、幵孔和通孔，具体形状??如图１．２所示??Ｏｐｅｎ?＾??图１．２孔的类型??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ??ｃ裂纹??抵抗裂纹产生和扩展的能力是衡量炭石墨材料的重要性能指标之?＇。由于炭??石墨材料组成的多相和非均质特征，成型过程中，材料内部结构应力释放和炭质??５??
骨料与粘结剂的膨胀系数不匹配，必定会在炭石墨材料内部产生不规则、位置随??机分布的裂纹缺陷。在复合材料复杂的服役过程中，内应力和外力作用会进一步??加剧裂纹的衍生和扩展合并，如图１．３所示，最终引起炭石墨材料的宏观断裂失效。??为了更好的研究宏观尺度裂纹或微米尺度微裂纹的扩展机理和调控方法，一般可??按尺寸大小对裂纹分类，如表１．２所示。??■?ｍｍ??图１．３复合材料在内应力和外力作用下的裂纹扩展机制??Ｆｉｇ．?１．３?Ｃｒａｃｋ?ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｕｎｄｅｒ?ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｅｓｓ?ａｎｄ?ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｆｏｒｃｅ??表１．２裂纹的分类??Ｔａｂｌｅ?１．２?Ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｃｒａｃｋｓ??＾?微裂纹?裂纹?裂缝??长度＜２ｍｍ?长度２－５ｍｍ?长度＞５ｍｍ??ｒ—［?＿Ｌ?ｒｐｊ????Ｖ?＾?宽度＜０．２ｍｍ?宽度?０．２－０．５ｍｍ?宽度＞０．５ｍｍ??１．３．２结构缺陷的作用??由于原料本身的物理化学性质差异和制备工艺等因素，炭石墨材料内部存在??先天的孔隙和微裂纹等结构缺陷。这些结构缺陷的存在使固体炭结构不连续，对??炭石墨材料的密度、机械强度、耐磨性等性能有着直接的影响。在力学性能方面，??缺陷使得炭石墨材料内部应力相对集中，加剧了裂纹扩展和衍生，从而降低材料??的抗折、抗压等强度；在热学性能方面，炭石墨材料内部结构存在的缺陷，引起??晶格的热振动传播载体减少
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于石墨烯的结构功能一体化氧化物陶瓷复合材料:从制备到性能[J]. 范宇驰,王连军,江莞. 无机材料学报. 2018(02)
[2]液体火箭发动机端面密封用石墨材料内部缺陷检测工艺方法[J]. 庄宿国,宋春,李志宇,赵伟刚,王良. 宇航材料工艺. 2017(05)
[3]铝用炭阳极静、动态弹性模量及与阳极理化性能的关联[J]. 陈立康,刘田华,涂川俊. 炭素. 2017(03)
[4]石墨烯导电复合材料研究进展[J]. 王洪杰,向超,胡洪亮. 吉林建筑大学学报. 2016(03)
[5]铝用石墨质阴极不同焙烧温度下孔隙结构演化[J]. 李想,薛济来,郎光辉,朱骏,张亚楠,陈通. 北京科技大学学报. 2014(09)
[6]受电弓滑板载流磨损行为及其磨损面微结构研究进展[J]. 熊贤至,涂川俊,陈刚,邓联谱,金曦伦. 材料导报. 2014(01)
[7]电机用电刷的使用技术探究[J]. 张烨. 中国西部科技. 2013(03)
[8]碳纳米管增强树脂/石墨碳刷的制备与性能研究[J]. 晏义伍,曹海琳. 微特电机. 2013(02)
[9]合金含量对高速车轮材料滚动接触磨损性能的影响[J]. 曾东方,鲁连涛,张远彬,张继旺,温泽峰,朱旻昊. 摩擦学学报. 2012(06)
[10]碳纤维增强受电弓滑板制备及其摩擦磨损性能[J]. 袁华,王成国,张珊,高瑞,张丙明. 玻璃钢/复合材料. 2012(S1)
博士论文
[1]弓网系统在电滑动过程中材料转移特性的试验研究[D]. 胡艳.西南交通大学 2016
[2]沥青基碳及其复合材料制备与性能研究[D]. 郁军.太原理工大学 2010
[3]受电弓——接触网系统电接触特性研究[D]. 吴积钦.西南交通大学 2009
硕士论文
[1]超细颗粒石墨微观结构演化研究[D]. 张文婷.山东大学 2016
[2]石墨烯改性树脂基炭刷及其载流磨损性能研究[D]. 邓联谱.湖南大学 2016
[3]不同炭质受电弓滑板材料的载流磨损及抗磨抑弧机理研究[D]. 熊贤至.湖南大学 2014
[4]碳/碳—石墨材料的制备与性能研究[D]. 郑强.哈尔滨工业大学 2013
[5]含磺酸金属配合物的合成、结构和固体荧光性质的研究[D]. 袁小勇.赣南师范学院 2007
本文编号：3507815
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