新型碳泡沫的制備及其結(jié)構(gòu)、性能研究.pdf

1、新型高性能瀝青基碳泡沫最早由美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室利用中間相瀝青為原料制備的，由于其低密度、高熱導(dǎo)率的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。如高溫?zé)崛莶牧稀⒍嗫纂姌O、催化劑載體、過(guò)濾器、支架材料等。在瀝青基碳泡沫與同類材料相比具有清晰優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，其自身的一些特性仍需進(jìn)一步改進(jìn)，以適應(yīng)更大范圍的應(yīng)用需求。在國(guó)外，對(duì)碳泡沫的研究已經(jīng)很多，主要包括其微觀結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能及熱性能的研究；而國(guó)內(nèi)在這方面的研究還不多。 中間相瀝青的制備主要有以下制備工序

2、：通過(guò)加熱，在惰性氣體條件下熱解煤焦油基瀝青，得到中間相瀝青，而后在高溫高壓反應(yīng)釜中發(fā)泡，利用碳化爐進(jìn)行碳化處理，以及最后進(jìn)行高溫石墨化處理。本文著重探討了中間相瀝青基碳泡沫的制備及結(jié)構(gòu)、性能研究，以及通過(guò)改變反應(yīng)參數(shù)來(lái)討論和決定最優(yōu)化的反應(yīng)工藝。 首先，本文通過(guò)SEM、X射線衍射、孔隙率測(cè)試，熱導(dǎo)率測(cè)試和力學(xué)性能測(cè)試等測(cè)試手段，討論了保溫時(shí)間，成形壓力和不同階段的熱處理工藝對(duì)泡沫形態(tài)結(jié)構(gòu)和力學(xué)、導(dǎo)熱性能的影響。同時(shí)探討了泡沫孔

3、隙率和力學(xué)性能之間的關(guān)系。通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，本研究收集總結(jié)了大量決定泡沫性能的制備工藝參數(shù)，并進(jìn)一步掌握了通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)中的不同參數(shù)制備不同性能碳泡沫的方法。 其次，本實(shí)驗(yàn)在原有工藝的基礎(chǔ)上通過(guò)添加天然鱗片石墨以及碳纖維來(lái)改性中間相瀝青基碳泡沫。天然鱗片石墨對(duì)于碳泡沫的力學(xué)增強(qiáng)、導(dǎo)熱性能增加和泡沫孔洞形態(tài)改變作用十分顯著。當(dāng)石墨添加量分別為2％，5％和8％時(shí)，泡沫的抗壓強(qiáng)度也相應(yīng)地從3.7MPa增至9.3MPa，12.5MP

4、a，和10.8MPa。同時(shí)在石墨片層結(jié)構(gòu)優(yōu)良導(dǎo)熱性能的作用下，碳泡沫的導(dǎo)熱率也從70W/m．K增加到110W/m．K。同時(shí)，利用碳纖維高強(qiáng)度、高比模量、優(yōu)異的熱物理性能、化學(xué)穩(wěn)定性、阻尼減震降噪性等優(yōu)良性能，選擇適當(dāng)?shù)谋壤c中間相瀝青均勻混合后進(jìn)行發(fā)泡，可以控制發(fā)泡產(chǎn)生的泡沫的孔洞形態(tài)，并且對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行增強(qiáng)，可使改性后的復(fù)合碳材料抗壓強(qiáng)度達(dá)到12.79MPa。 最后，本文也對(duì)影響泡沫孔洞結(jié)構(gòu)形態(tài)，孔洞大小和決定泡沫導(dǎo)熱率的因