炭石墨材料是我國國民經(jīng)濟的重要基礎產(chǎn)業(yè)。因其自身具有優(yōu)良的自潤滑、耐腐蝕、導電/熱性、熱穩(wěn)定性等獨特性能,被廣泛應用于航天、航空、能源、冶金、汽車等核心領域。然而炭石墨材料存在典型的“多相、多孔、多組分”非均質(zhì)特點,區(qū)別于歷經(jīng)熔融再二次結合的均質(zhì)材料。此外,在炭石墨材料的制備過程中伴隨著應力釋放、粘結劑相熱解縮聚反應,導致低分子量氣體參與反應作為產(chǎn)物逸出基體,使得材料內(nèi)部產(chǎn)生大小不一、位置隨機的孔隙和不規(guī)則裂紋缺陷。同時苛刻的服役工況也易導致炭石墨材料中先天性微裂紋缺陷的擴展。目前,調(diào)控炭石墨材料的微結構,盡量抑制其內(nèi)部缺陷,實現(xiàn)骨料相與粘結劑相的匹配是相關研究的熱點和難點之一。針對現(xiàn)有的炭石墨材料存在的結構-功能難一致化、力學和摩擦學性能不能同步提升的缺陷,本文以瀝青基炭石墨材料和樹脂基炭石墨材料為研究對象,以“結構設計-制備方法-力學、摩擦學性能測試-微結構表征分析-機理闡明”為研究主線。采用磺化石墨烯自身二維結構作為不同炭相間的連接“骨架”,以其自身攜帶的磺酸基團作為連接炭材料的“支鏈”,在增強相骨料炭和基體相粘結劑間構建“骨架-支鏈”新結構。并闡明了新結構對炭石墨材料微結構、力... 

【文章來源】：湖南大學湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２孔的類型??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ??

在炭石墨材料結構發(fā)生重組的同時，內(nèi)部孔隙的大小和形狀也會進一??步發(fā)生重排，根據(jù)孔隙的閉合與否又可將其分為：閉孔、幵孔和通孔，具體形狀??如圖１．２所示??Ｏｐｅｎ?＾??圖１．２孔的類型??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｐｏｒｏｕｓ??ｃ裂紋??抵抗裂紋產(chǎn)生和擴展的能力是衡量炭石墨材料的重要性能指標之?＇。由于炭??石墨材料組成的多相和非均質(zhì)特征，成型過程中，材料內(nèi)部結構應力釋放和炭質(zhì)??５??

骨料與粘結劑的膨脹系數(shù)不匹配，必定會在炭石墨材料內(nèi)部產(chǎn)生不規(guī)則、位置隨??機分布的裂紋缺陷。在復合材料復雜的服役過程中，內(nèi)應力和外力作用會進一步??加劇裂紋的衍生和擴展合并，如圖１．３所示，最終引起炭石墨材料的宏觀斷裂失效。??為了更好的研究宏觀尺度裂紋或微米尺度微裂紋的擴展機理和調(diào)控方法，一般可??按尺寸大小對裂紋分類，如表１．２所示。??■?ｍｍ??圖１．３復合材料在內(nèi)應力和外力作用下的裂紋擴展機制??Ｆｉｇ．?１．３?Ｃｒａｃｋ?ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｕｎｄｅｒ?ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｅｓｓ?ａｎｄ?ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｆｏｒｃｅ??表１．２裂紋的分類??Ｔａｂｌｅ?１．２?Ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｃｒａｃｋｓ??＾?微裂紋?裂紋?裂縫??長度＜２ｍｍ?長度２－５ｍｍ?長度＞５ｍｍ??ｒ—［?＿Ｌ?ｒｐｊ????Ｖ?＾?寬度＜０．２ｍｍ?寬度?０．２－０．５ｍｍ?寬度＞０．５ｍｍ??１．３．２結構缺陷的作用??由于原料本身的物理化學性質(zhì)差異和制備工藝等因素，炭石墨材料內(nèi)部存在??先天的孔隙和微裂紋等結構缺陷。這些結構缺陷的存在使固體炭結構不連續(xù)，對??炭石墨材料的密度、機械強度、耐磨性等性能有著直接的影響。在力學性能方面，??缺陷使得炭石墨材料內(nèi)部應力相對集中，加劇了裂紋擴展和衍生，從而降低材料??的抗折、抗壓等強度；在熱學性能方面，炭石墨材料內(nèi)部結構存在的缺陷，引起??晶格的熱振動傳播載體減少

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于石墨烯的結構功能一體化氧化物陶瓷復合材料:從制備到性能[J]. 范宇馳,王連軍,江莞.  無機材料學報. 2018(02)
[2]液體火箭發(fā)動機端面密封用石墨材料內(nèi)部缺陷檢測工藝方法[J]. 莊宿國,宋春,李志宇,趙偉剛,王良.  宇航材料工藝. 2017(05)
[3]鋁用炭陽極靜、動態(tài)彈性模量及與陽極理化性能的關聯(lián)[J]. 陳立康,劉田華,涂川俊.  炭素. 2017(03)
[4]石墨烯導電復合材料研究進展[J]. 王洪杰,向超,胡洪亮.  吉林建筑大學學報. 2016(03)
[5]鋁用石墨質(zhì)陰極不同焙燒溫度下孔隙結構演化[J]. 李想,薛濟來,郎光輝,朱駿,張亞楠,陳通.  北京科技大學學報. 2014(09)
[6]受電弓滑板載流磨損行為及其磨損面微結構研究進展[J]. 熊賢至,涂川俊,陳剛,鄧聯(lián)譜,金曦倫.  材料導報. 2014(01)
[7]電機用電刷的使用技術探究[J]. 張燁.  中國西部科技. 2013(03)
[8]碳納米管增強樹脂/石墨碳刷的制備與性能研究[J]. 晏義伍,曹海琳.  微特電機. 2013(02)
[9]合金含量對高速車輪材料滾動接觸磨損性能的影響[J]. 曾東方,魯連濤,張遠彬,張繼旺,溫澤峰,朱旻昊.  摩擦學學報. 2012(06)
[10]碳纖維增強受電弓滑板制備及其摩擦磨損性能[J]. 袁華,王成國,張珊,高瑞,張丙明.  玻璃鋼/復合材料. 2012(S1)

博士論文
[1]弓網(wǎng)系統(tǒng)在電滑動過程中材料轉移特性的試驗研究[D]. 胡艷.西南交通大學 2016
[2]瀝青基碳及其復合材料制備與性能研究[D]. 郁軍.太原理工大學 2010
[3]受電弓——接觸網(wǎng)系統(tǒng)電接觸特性研究[D]. 吳積欽.西南交通大學 2009

碩士論文
[1]超細顆粒石墨微觀結構演化研究[D]. 張文婷.山東大學 2016
[2]石墨烯改性樹脂基炭刷及其載流磨損性能研究[D]. 鄧聯(lián)譜.湖南大學 2016
[3]不同炭質(zhì)受電弓滑板材料的載流磨損及抗磨抑弧機理研究[D]. 熊賢至.湖南大學 2014
[4]碳/碳—石墨材料的制備與性能研究[D]. 鄭強.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[5]含磺酸金屬配合物的合成、結構和固體熒光性質(zhì)的研究[D]. 袁小勇.贛南師范學院 2007



本文編號：3507815