中間相瀝青基炭纖維及其復合材料具有低密度、低熱膨脹系數(shù)等特點,在導電導熱和力學性能等方面表現(xiàn)特別優(yōu)異,成為當今材料應用領域的佼佼者,在軍事工業(yè)、民用領域等應用很有前景,中間相瀝青基炭纖維的最終性能在很大程度上取決于其顯微結構特征-石墨片層的取向和有序排列、石墨微晶參數(shù)和結構缺陷。而炭纖維的顯微結構又與預氧化過程中的化學結構演變和炭化石墨化過程中的晶體結構演變直接相關。因此,本文研究了中間相瀝青纖維在預氧化過程中的化學結構演變、炭化和石墨化過程中的晶體結構演變,并探討了最終炭纖維顯微結構與其導電導熱和力學性能的關聯(lián)。此外,本文制備了基于中間相瀝青基炭纖維的三維高導熱C/C復合材料,并探討了基體碳對其導熱性能的影響。研究工作取得的主要結論如下:1、通過FT-IR、TG-MS、EDS等測試手段揭示了預氧化過程中纖維的化學結構變化及相應石墨纖維的顯微結構演變。分析認為,氧的擴散和反應過程決定著瀝青纖維預氧化的進程和均勻性。纖維截面的氧分布的均勻性和氧化程度是影響最終炭纖維的顯微結構與性能的根本原因。瀝青纖維經(jīng)低溫長時間氧化,纖維的橫截面結構均勻,徑向氧分布梯度小;經(jīng)高溫短時間氧化,纖維易形成皮... 

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 炭纖維發(fā)展概述
    1.2 瀝青基炭纖維的簡介
        1.2.1 瀝青基炭纖維的定義及分類
        1.2.2 瀝青基炭纖維的制備工藝
        1.2.3 中間相瀝青的制備
        1.2.4 瀝青熔融紡絲
        1.2.5 瀝青基纖維的預氧化處理
        1.2.6 瀝青基纖維的炭化/石墨化處理
    1.3 炭/炭復合材料的簡介
        1.3.1 炭/炭復合材料的制備工藝
        1.3.2 復合材料增強體的選擇
        1.3.3 預成形體的選擇
        1.3.4 復合材料的致密化
    1.4 研究的意義以及主要內容
第2章 實驗與分析測試
    2.1 原料及化學試劑
    2.2 主要實驗設備
    2.3 材料制備工藝簡介及主要實驗裝置
        2.3.1 中間相瀝青基炭纖維的制備
        2.3.2 C/C復合材料的制備
    2.4 分析測試方法
        2.4.1 纖維及材料的組成、結構分析
        2.4.2 纖維及材料性能測試
第3章 中間相瀝青纖維預氧化工藝及機理研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 原料中間相瀝青性質
        3.2.2 中間相瀝青基炭纖維的制備
        3.2.3 中間相瀝青基炭纖維的熱處理
    3.3 實驗結果與討論
        3.3.1 預氧化溫度對纖維結構與性能的影響
        3.3.2 預氧化時間對纖維性能的影響
        3.3.3 中間相瀝青纖維的預氧化機理分析
    3.4 小結
第4章 炭化和石墨化工藝對瀝青基炭纖維的結構及性能影響
    4.1 前言
    4.2 實驗
        4.2.1 實驗原料
        4.2.2 炭化及石墨化處理工藝
    4.3 實驗結果及討論
        4.3.1 炭化對中間相瀝青基炭纖維性能影響
        4.3.2 牽伸石墨化對中間相瀝青基炭纖維結構與性能的影響
    4.4 小結
第5章 高導熱三維炭/炭復合材料的結構與性能研究
    5.1 引言
    5.2 3 D-C/C復合材料的制備
        5.2.1 原料炭纖維
        5.2.2 預制體的編織工藝
        5.2.3 3 D-C/C復合材料的增密工藝
    5.3 結果與討論
        5.3.1 三維高導熱炭/炭復合材料的顯微結構
        5.3.2 3 D-C/C復合材料的微觀形貌圖
        5.3.3 3 D-C/C復合材料的XRD分析
        5.3.4 3 D-C/C復合材料的導熱性能
        5.3.5 3 D-C/C復合材料的力學性能
        5.3.6 C/C復合材料的導熱機制
    5.4 小結
第6章 論文總結
    6.1 論文結論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 下一步工作的展望
致謝
參考文獻
附錄1 攻讀博士期間發(fā)表的論文及取得的研究成果
附錄2 攻讀博士期間參與的科研項目
附錄3 文中符號物理意義說明


【參考文獻】：
期刊論文
[1]熱重分析儀研究中間相瀝青纖維的炭化[J]. 余芬,陳雷,費又慶.  礦冶工程. 2016(04)
[2]中間相瀝青的研究進展[J]. 曲鳳嬌,劉東,鄭凱元,牛建萍.  材料導報. 2014(01)
[3]中間相瀝青纖維氧化增重過程[J]. 葉崇,陳石林,李維維,費又慶.  硅酸鹽學報. 2012(08)
[4]高導熱中間相瀝青基炭纖維的微觀結構分析[J]. 袁觀明,李軒科,董志軍,周婧,崔正威,從野,張中偉,王俊山.  功能材料. 2011(10)
[5]瀝青基高取向帶狀炭纖維的制備及表征[J]. 袁觀明,李軒科,董志軍,崔正威,叢野,張中偉,王俊山.  無機材料學報. 2011(10)
[6]瀝青基碳纖維的制備及應用研究進展[J]. 韓笑,徐國財,姚寶慧,張宏艷.  安徽化工. 2011(04)
[7]C/C復合材料高溫抗氧化涂層的研究現(xiàn)狀與展望[J]. 李賀軍,薛暉,付前剛,張雨雷,史小紅,李克智.  無機材料學報. 2010(04)
[8]泰州AH-90瀝青氧化動力學及反應機制[J]. 李進,張玉貞.  中國石油大學學報(自然科學版). 2009(03)
[9]瀝青基炭纖維的制備及其表征(英文)[J]. Arshad Hussain Wazir,Lutfullah Kakakhel.  新型炭材料. 2009(01)
[10]炭化溫度對中間相瀝青基炭纖維性能的影響[J]. 路忠躍,遲偉東,沈曾民,劉輝,于建民.  北京化工大學學報(自然科學版). 2008(01)

博士論文
[1]炭/炭復合材料制動性能研究[D]. 熊翔.中南大學 2004

碩士論文
[1]中間相瀝青纖維預氧化、碳化及其表征的研究[D]. 葉崇.湖南大學 2012
[2]中間相瀝青基炭纖維輕度氧化的研究[D]. 李孝馀.湖南大學 2016
[3]一步法制備碳/碳復合材料[D]. 左向春.北京化工大學 2006
[4]煤瀝青基中間相瀝青的制備與性能研究[D]. 花雙平.北京化工大學 2010



本文編號：3717662