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高導(dǎo)熱石墨膜增強(qiáng)C/C復(fù)合材料的制備與結(jié)構(gòu)性能研究

發(fā)布時間:2021-03-29 20:54
  隨著航空航天、電子器件等領(lǐng)域很多部件的高功率密度化,累計了大量的熱量,嚴(yán)重制約了這些器件的小型化、集成化和高性能化發(fā)展,使用高導(dǎo)熱率材料成為擺脫這些限制的解決措施。高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料不僅具有密度低、比強(qiáng)度和比模量高等優(yōu)異性能,更兼有優(yōu)異的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能,是通訊衛(wèi)星、飛機(jī)剎車片、噴管喉襯、前緣等產(chǎn)熱量高并急需導(dǎo)走熱量的首選使用材料。一直以來作為C/C復(fù)合材料導(dǎo)熱增強(qiáng)體的中間相瀝青基炭纖維雖然具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能,但其存在制備工藝復(fù)雜、編織困難、成本高等缺點,大大限制了高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。針對以上問題,本研究將采用近年來出現(xiàn)并快速發(fā)展的一種新型高導(dǎo)熱石墨材料——人造高導(dǎo)熱石墨膜作為導(dǎo)熱增強(qiáng)體,制備高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料。其不僅比高導(dǎo)熱中間相瀝青基炭纖維的導(dǎo)熱率高,還具有相對較低的成本等優(yōu)點。因此用高導(dǎo)熱石墨膜作為增強(qiáng)體,無疑在提高C/C復(fù)合材料導(dǎo)熱率和節(jié)約成本等方面有很大的作用。本研究采用多次液相浸漬-碳化工藝,以高導(dǎo)熱石墨膜為增強(qiáng)體,浸漬瀝青為基體前驅(qū)體制備高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料。首先討論了石墨膜體積分?jǐn)?shù)對所制備材料性能的影響。結(jié)果表明:1)石墨膜體積分?jǐn)?shù)也對C/C復(fù)合材... 

【文章來源】:北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】:95 頁

【學(xué)位級別】:碩士

【部分圖文】:

高導(dǎo)熱石墨膜增強(qiáng)C/C復(fù)合材料的制備與結(jié)構(gòu)性能研究


圖1-2炭纖維楔形劈裂的(a)掃描熱成像圖和(b)光學(xué)照片[39]??Fig?1-2?(a)?Scanning?thermograms?and?(b)?optical?photographs?of?carbon?fiber?wedge?splits??中間相瀝青基炭纖維(MPCF)由于沿其軸向具有高度的晶體取向,因此其軸向??熱導(dǎo)率極高,常常作為高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料的導(dǎo)熱增強(qiáng)體

炭基體,炭纖維,沉積炭,界面


維和沉積炭之間的界面、炭纖維和熱解炭(瀝青炭、樹脂炭)的界面、沉積炭與熱解??炭之間的界面以及瀝青炭與樹脂炭之間的界面。其中,炭纖維與炭基體之間的結(jié)合方??式有以下四種形式[68],如圖1-3所示,圖中(a)所示的平行板結(jié)構(gòu)最不常見,(b)??和(c)所示結(jié)構(gòu)一般出現(xiàn)在瀝青炭和炭纖維界面中,(d)所示結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)在樹脂炭??與炭纖維的界面中,也會出現(xiàn)在沉積炭與炭纖維的界面中。??^ ̄^?^ ̄y???*?x??圖1-3炭纖維與炭基體的四種結(jié)合方式[69]??(a)?平行板結(jié)構(gòu);(b)垂直板結(jié)構(gòu);(c)殼型板結(jié)構(gòu);(d)各向同性結(jié)構(gòu)??Fig?1-3?Four?combining?ways?of?carbon?fiber?and?carbon?matrix??(a)?Parallel?plate?structure;?(b)?Vertical?plate?structure;?(c)?Shell?plate?structure;?(d)?Isotropic?structure??在使用液相浸潰-碳化法制備C/C復(fù)合材料時,炭纖維與熱解炭之間的界面會存??在大量孔隙,且用液相浸漬法難以填充界面之間的孔隙,因此常用化學(xué)氣相沉積法對??其界面孔隙進(jìn)行填充,形成“釘孔”結(jié)構(gòu)[7()]。在制備C/C復(fù)合材料時,如果先在炭纖??維表面進(jìn)行氣相沉積形成沉積炭后,再對其進(jìn)行液相浸潰-碳化,在沉積炭和熱解碳之??間形成的界面稱為“誘導(dǎo)”結(jié)構(gòu)。??C/C復(fù)合材料的界面有有以下表征方法:(1)界面層的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)表征;(2)??炭纖維表面形態(tài);(3)界面層的密度和厚度;(4)界面層的粘結(jié)性與殘余應(yīng)力表征。??由于C/C復(fù)合材料的界面難于測試表征

示意圖,炭材料,斜紋,前位


vibration,?and?the?black?point?is?the?position?after?the?vibration)??具有較高石墨化度的炭材料主要靠晶格振動傳熱,聲子和電子是其傳熱載流子,??圖1-4是其傳熱振動示意圖[75]。炭材料中晶格的傳熱振動與其晶面方向有關(guān),(002)??晶面的傳熱振幅最大,因此炭材料沿(002)晶面方面的傳熱性能最好,而沿(110)??晶面的傳熱振幅最小,因此材料沿(U0)晶面的傳熱性能最差。因此可以通過調(diào)整??使炭材料沿其(002)晶面高度取向,就可以使炭材料沿此方向熱導(dǎo)率增加。同時,??13??

【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
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[3]一維高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料的制備研究[J]. 林劍鋒,袁觀明,李軒科,董志軍,張江,張中偉,王俊山.  無機(jī)材料學(xué)報. 2013(12)
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博士論文
[1]高導(dǎo)熱炭材料的制備研究[D]. 袁觀明.武漢科技大學(xué) 2012

碩士論文
[1]酚醛樹脂炭的催化石墨化及其在C/C復(fù)合材料中的應(yīng)用[D]. 肖紹懿.湖南大學(xué) 2010
[2]C/C復(fù)合材料浸漬用基體前驅(qū)體煤瀝青的研究[D]. 沈益順.中南大學(xué) 2008



本文編號:3108176

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