鐵合金及其化合物鍍層對PAN基炭纖維催化石墨化研究.pdf

1、為了得到高強度及高模量的炭纖維，十分有必要提高炭纖維的石墨化程度。在石墨化過程中為了防止石墨化過程能耗大，設備使用壽命短造成的生產(chǎn)成本過高，可以使用催化石墨化。催化石墨化可以使炭材料在較低的熱處理溫度下發(fā)生石墨化轉變。本文以聚丙烯腈基(PAN)炭纖維為研究對象，開展了炭纖維的催化石墨化研究。研究中采用電化學方法在PAN基炭纖維的表面獲得均勻的含鐵合金鍍層或其化合物作為催化石墨化的催化劑，考察含鐵合金或其化合物催化聚丙烯腈基炭纖維的石墨化

2、過程。所取得的主要研究結果如下： (1)考察Ni-Fe合金、普魯士藍和Fe-Cr2O3復合鍍層對聚丙烯腈基炭纖維的催化石墨化效果。Ni-Fe合金鍍層和Fe-Cr2O3復合鍍層主要采用恒電流方法在炭纖維制成的電極表面進行沉積，在炭纖維上可得到分布均一的金屬鍍層，而在炭纖維表面的普魯士藍鍍層采用電化學工作站進行恒電位沉積。 (2)將附有催化劑的炭纖維在石墨化爐中進行熱處理。作為對比，也對空白樣炭纖維高溫石墨化后進行了考察。利

3、用X射線衍射(XRD)，拉曼光譜，掃描電子顯微鏡(SEM)和能量散射光譜(EDS)等方法對熱處理后的空白樣和附有催化劑炭纖維的催化石墨化效果進行分析表征。 (3)附有Ni-Fe合金(含鐵57.91％)的聚丙烯腈基炭纖維經(jīng)過1300℃熱處理2小時后，經(jīng)XRD檢測其石墨化度為91.4％，而空白樣炭纖維經(jīng)過2800℃熱處理后其石墨化度僅為30.1％。此外，附有純鐵和純鎳的炭纖維經(jīng)1300℃熱處理2小時后，石墨化度分別為86.0％和55

4、.5％。用普魯士藍作催化劑對聚丙烯腈基炭纖維進行催化石墨化，與空白樣炭纖維相比，達到相同的石墨化程度，普魯士藍可使熱處理溫度下降500℃以上，普魯士藍具有很好的催化效應。附有普魯士藍的炭纖維經(jīng)過1900℃處理后，其層間距(d002)和微晶尺寸(Lc)分別為3.368 A和212 A，而空白樣炭纖維經(jīng)2800℃熱處理后d002和三Lc分別為3.414A和74A。采用Fe-Cr2O3復合鍍層作為催化劑的炭纖維其石墨化程度與鍍液中Cr2O3的