碳/碳復(fù)合材料是一種超導(dǎo)熱復(fù)合材料,廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域,如飛機(jī)的剎車片,火箭的喉管和導(dǎo)彈的彈頭等。碳/碳復(fù)合材料主要由碳纖維、基體以及孔隙和裂紋組成,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,熱導(dǎo)率影響因素眾多,其熱導(dǎo)率的測量存在諸多困難。因此,在真實材料結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上發(fā)展一套預(yù)測碳/碳復(fù)合材料熱導(dǎo)率的理論模型顯得尤為重要。瀝青基碳/碳復(fù)合材料應(yīng)用廣泛,且結(jié)構(gòu)統(tǒng)一,本文針對瀝青基碳/碳復(fù)合材料的真實結(jié)構(gòu),建立預(yù)測其熱導(dǎo)率的模型。在本文研究中,考慮到基體碳中不同區(qū)域的熱導(dǎo)率不同,首先建立了納米尺度的模型,描述了不同石墨化度下的石墨微晶尺寸和傾角不同,用等效電路法建立了石墨微晶熱導(dǎo)率與微晶尺寸和傾角的關(guān)系；擴(kuò)大到微米尺度上考慮基體碳的非均勻性等影響因素,發(fā)展了一套能夠分別準(zhǔn)確預(yù)測沿纖維軸向和徑向熱導(dǎo)率的傳熱模型。此模型考慮了以瀝青基為基體的碳/碳復(fù)合材料,并同時與5組沿纖維軸向和徑向熱導(dǎo)率的不同實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗證。結(jié)果表明當(dāng)前模型能夠準(zhǔn)確的預(yù)測碳/碳復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。模型除了考慮基體碳的非均勻性外,同時考慮到碳纖維熱導(dǎo)率（徑向和軸向）、纖維體積含量、纖維直徑、整體孔隙率、界面（考慮界面相厚度、界面中的孔隙率）等因... 

【文章來源】：華北電力大學(xué)河北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２碳／碳復(fù)合材料的預(yù)制體的主要結(jié)構(gòu)??

?針刺整體租?短纖維模壓??圖１－２碳／碳復(fù)合材料的預(yù)制體的主要結(jié)構(gòu)??碳／碳復(fù)合材料的纖維和基體的種類也有很多。目前碳／碳復(fù)合材料的碳纖??－維直徑為５？８?＾ｉｒｎ，常用種類為ＰＡＮ基和漸青基碳纖維，其中ＰＡＮ基碳纖維??容易與基體碳形成很好的結(jié)合面，而浙青基纖維與基體碳的結(jié)合面要差很多。??若基體碳相同，但纖維的種類不同時，則整體碳／碳復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)也相差很大，??如圖１－３為ｐｉｔｃｈＡ基體碳和Ｈ種纖維構(gòu)成的高密度碳／碳復(fù)合材料，表１－１為組??成的Ｈ種碳／碳復(fù)合材料在溫度為２９３?Ｋ時的熱導(dǎo)率值的比較??瞧墜麵??（ａ）?Ｔ－３００?（ｂ）?Ｆ－１８０?（ｃ）?Ｐ－１００??圖１－３不同纖維的碳／碳復(fù)合材料的電鏡照片（ＳＥＭ）??表

（如圖ｌ－４（ａ）），即基體碳沿纖維徑向方向成非均勻分布。其界面相有完全脫開、??部分脫開、相對理想的接觸等復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如圖ｌ－４（ｂ）），同時界面和纖維交界面??處會有孔洞和裂紋等缺陷（如圖１－５）。當(dāng)纖維種類相同而基體種類不同時，整??體碳／碳復(fù)合材料的熱導(dǎo)率也相差各異，表１－２為ＰＡＮ基纖維，與不同灑青基??基體組成的碳／碳復(fù)合材料的熱導(dǎo)率比較ｔＷ。由于碳／碳復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，??其熱導(dǎo)率受多種因素的影響，其中纖維的取向及體積分?jǐn)?shù)Ｐｉ－２２＾、基體碳的不同??口３］、界面相的結(jié)合及孔隙和裂紋［Ｍ—２６］、石墨化度的不同口７－Ｍ］等因素對材料的熱??導(dǎo)率的影響尤為突出。下表１－３給出了不同的纖維，不同的體積分?jǐn)?shù)，不同的??孔隙率，不同的石墨化度（熱處理溫度）下的碳／碳復(fù)合材料熱導(dǎo)率的比較Ｐ氣??圓議??（ａ）?腳??圖１－４巧青基碳／碳復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)??圖１－５界面和纖維交界面處的孔臟??４??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Microstructure and thermal conductivity of carbon/carbon composites made with different kinds of carbon fibers[J]. 陳潔,龍瑩,熊翔,肖鵬.  Journal of Central South University. 2012(07)
[2]Catalytic graphitization of carbon/carbon composites by lanthanum oxide[J]. 張燦,路貴民,孫澤,于建國.  Journal of Rare Earths. 2012(02)
[3]無限大平板非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱理論分析[J]. 顧祥紅.  沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2009(01)
[4]單向C/C復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的計算[J]. 陳潔,熊翔,肖鵬.  炭素技術(shù). 2008(02)
[5]中國的超導(dǎo)托卡馬克裝置HT-7U用炭基面對等離子體材料的研究（英文）[J]. 郭全貴,劉朗,宋進(jìn)仁,李建剛,陳俊凌.  新型炭材料. 2001(03)
[6]穩(wěn)態(tài)熱流計法導(dǎo)熱儀測試人造板導(dǎo)熱系數(shù)[J]. 黎愛純.  南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報. 1997(03)
[7]測定保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的自補(bǔ)償圓管法[J]. 王素美,宗祥康,施明恒.  東南大學(xué)學(xué)報. 1997(02)
[8]穩(wěn)態(tài)平板法實驗樣品的絕熱分析[J]. 林中鶴.  華中師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 1994(01)
[9]先進(jìn)戰(zhàn)略導(dǎo)彈用材料的現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J]. 邱惠中.  宇航材料工藝. 1992(04)



本文編號：3222354