催化剂种类对C/C复合材料结构和性能的影响

以自制高成炭率氨酚醛树脂为基体炭源,采用溶剂分散铁、硼和铬催化剂、多次液相浸渍–炭化增密和石墨化处理的方法制备出密度为1.20～1.61g/cm3的碳/碳(C/C)复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、四探针测试仪和弯曲强度测试等手段研究了催化剂种类对酚醛树脂基C/C复合材料结构和性能的影响。结果表明:硼、铁和铬等催化剂的引入可显著提高C/C复合材料的整体石墨化程度,降低其电阻率,催化石墨化效果按Fe,B,Cr的顺序依次降低;密度对电阻率及其分布有重要影响,体积密度较高的C/C复合材料的电阻率分布较均匀。催化剂的引入使得C/C复合材料的弯曲强度有所下降,但表现出明显的韧性断裂特征。     

铜和硼化物对PAN基炭纤维的催化石墨化作用

将单质铜、硼酸、PAN基炭纤维进行混合研磨,经过石墨化炉高温处理,利用X射线衍射检测了铜和硼在热处理过程中的变化,研究催化剂的量和热处理温度对石墨化度的影响,结果显示炭纤维的石墨化度由25.6%提高到95.6%,表明铜和硼化物二元催化剂体系要比一元催化剂体系铜或硼更能显著地提高PAN基炭纤维的石墨化度,并完善炭纤维的石墨晶型。     

交替电解促进PAN基炭纤维的催化石墨化

介绍了一种简单的在硼酸和氯化镍溶液中交替电解的方法来促进PAN基炭纤维的催化石墨化,并考察了热处理温度和电解液中氯化镍的浓度对PAN基炭纤维催化石墨化的影响.纤维的形貌和结构变化分别采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)进行表征.结果表明:通过交替电解处理,可以有效地破坏炭纤维的组织结构,并同步实现催化剂硼酸和镍在炭纤维上的分散和沉积.交替电解处理过的炭纤维经2 400℃热处理l h后,其石墨化度明显提高,达到85%,Le为15 nm.     

低压化学气相沉积制备掺硼碳薄膜及其表征

以BCl3和C3H6分别作为低压化学气相沉积制备掺硼碳材料的硼源和碳源,采用热壁化学气相沉积炉,于1 100℃在碳纤维基底上制备了掺硼碳薄膜.采用扫描电镜、X射线衍射和X射线光电子能谱对样品作了表征.结果表明:产物表面光滑,断面呈细密的片层状结构,产物由B4C和石墨化程度较高的热解碳组成.采用掺硼碳薄膜中含有15%(摩尔分数,下同)硼.硼原子化学键结合状态共有5种,分别是:B4C的中的B-C键,硼原子替代固溶在类石墨结构中形成的B-C键,BC2O和BCO2结构中B-C键和B-O键的混合态,以及B2O3中的B-O键.其中超过40%的硼原子以替代固溶的形式存在于热解碳的类石墨结构中.     

中间相沥青基炭纤维在CO_2中氧化特性的研究

通过热重分析仪(TG)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman spectra)以及扫描电镜(SEM)等检测方法探索了不同炭化温度的中间相沥青基炭纤维在CO_2中的氧化特性。结果表明,在恒温氧化阶段,炭纤维失重率与氧化时间呈线性关系,较高炭化温度处理的中间相沥青基炭纤维,由于其较好的石墨微晶结构,抗氧化性能较好。炭纤维在CO_2中氧化烧蚀,会导致纤维表面形貌发生变化,随着反应进行,氧化反应向纤维内部扩散。在相同氧化条件下,炭化温度较高的炭纤维保持形貌能力更强。     

大直径中间相沥青基炭纤维的制备研究

以萘系中间相沥青为原料,通过熔融纺丝和随后的预氧化、炭化以及石墨化处理制备了中间相沥青基圆形炭纤维.研究了热处理温度对纤维导电性能和力学性能的影响,并采用红外光谱仪、元素分析仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对纤维的组成、形貌和微观结构进行了表征.研究结果表明：纤维在预氧化时形成的羟基、酰基等含氧官能团在随后的炭化、石墨化处理过程中消失;随热处理温度的升高,石墨微晶逐渐发育、长大,并沿纤维轴向高度取向,纤维的电阻率不断降低,力学性能不断增强;3 000℃石墨化纤维电阻率为1.3μΩ·m,对应的强度和模量值为1.6GPa和380 GPa.     

中间相沥青及其炭纤维的显微结构和性能

中间相沥青基炭纤维(CF)的力学性能受中间相沥青的微结构和不熔化、炭化。石墨化过程的影响。本文考察了几种不同原料的中间相沥青的微观结构,乙沥渣油两个馏份的中间相沥青为细镶融并体,是难石墨化物质,而T渣油E馏份中间相沥青是由小球有序堆积形成的一种大的各向异性融并体,是易石墨化物质,中间相的不同结构直接影响CF的力学性能.用电子显微镜观察了CF的结构形态,由T渣油E馏份制成的中间相沥青炭纤维呈现放射状的径向结构,并存在孔隙裂纹.它们主要取决于中间相沥青的原料和不熔化、炭化和石墨化的工艺条件,最终影响CF的力学性能。     

聚丙烯腈基炭纤维组织结构表征与性能分析

采用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(Raman)及化学分析法等测试技术对4种PAN基3K炭纤维(2种国产炭纤维、1种国外原丝国内炭化纤维、一种日本炭纤维)的表面形貌、组织结构及化学组成等方面进行了表征,并分析了材料的微观结构组织与宏观性能的关系。结果表明:相比日本炭纤维,国产炭纤维表面缺陷多、微观结构不完整、R值大、杂质含量多等因素决定了其具有较低的拉伸强度。     

激光隧道炉炭纤维超高温石墨化处理方法

为突破现有炭纤维石墨化炉温度低、能耗高的技术瓶颈,提出一种采用激光加热技术的炭纤维超高温石墨化方法,并研制一套炭纤维超高温石墨化激光隧道炉实验装置。利用激光在氩气气氛中照射PAN基炭纤维进行石墨化处理,根据Raman光谱和X射线衍射分析(XRD)对激光石墨化处理的炭纤维试样的化学结构和微晶结构进行表征。结果表明,激光隧道炉超高温热处理的炭纤维无序碳含量和晶面间距大幅减小,晶粒尺寸变大,石墨化程度有显著提升,验证了该设备和方法的可行性;通过调整工艺参数可实现3 000℃超高温条件下石墨纤维连续生产的可控制备。     

不同催化剂对半石墨化炭块电阻率的影响

以针状焦、改质沥青为原料,选取Fe、Si-Fe、Pr_6O_(11)及Ti-RE 4种催化剂,在2 400℃的热处理温度下制备低电阻率半石墨化炭块。对得到的石墨样品进行电阻率的测定,利用X射线衍射研究试样晶体结构参数,并采用扫描电子显微镜观察其微观结构。分析结果表明:4种催化剂均可有效地提高炭块石墨化度,降低电阻率;Pr_6O_(11)催化效果最好,在添加质量分数为3%时,得到最低电阻率12.22μΩ·m,比空白样降低了1/5以上。     

文摘

<正>KCl对酚醛树脂炭化生长碳纤维的影响[刊,中]/吴小贤,李红霞,刘国齐,等//耐火材料,2015,49(1):1-5为了促进酚醛树脂在炭化过程中的石墨化,以工业液态酚醛树脂为碳源,微米尺度的KCl为催化剂,经混合、六亚甲基四胺固化处理后,在埋炭1 000℃保温3 h热处理条件下,研究了KCl添加量(掺入酚醛树脂质量的1%、3%、5%和7%)对树脂炭的物相、微观结构的影响及炭纤维的生长机制。结果表明:KCl催化后提高了树脂炭的石墨化程度,树脂炭中原位生长较多炭纤维和片状炭,炭纤维直径为30~200nm,长度可达10~20μm;KCl最优添加量为5%(质量分数),     

短炭纤维/树脂炭复合材料石墨化行为的研究

本文就短炭纤维/酚醛对脂炭复合材料(SCFRC)的石墨化行为进行了研究。X射线衍射结果表明,SCFRC中树脂炭的石墨化性能有较大改善,并且用较长的炭纤维制得的SCFRC中树脂炭石墨化性能的改善更为显著。探讨了炭纤维所起的作用,认为基质炭石墨化性能的改善是炭纤维抑制基质炭收缩而产生的热张应力的综合效应所产生的结果。     

石墨化催化剂对石墨抗氧化性的影响

通过添加石墨化催化剂制备出高石墨化度材料,利用X射线衍射和拉曼光谱对材料结构变化进行分析;对石墨样品进行恒温氧化失重率测定,并采用扫描电子显微镜观察氧化前后材料的微观形貌。结果表明:Pr_6O_(11)添加剂可促进石墨氧化;H_3BO_3添加剂可抑制石墨氧化;Ni_2O_3添加量较少时可提高石墨抗氧化性,而当添加量较高时则促进石墨氧化。     

B4C-部分石墨化炭黑复合粉体的合成及其抗氧化性

分别以64.7%的硼粉 35.3%的炭黑或55%的硼粉 45%的炭黑为试样组成,分别在真空和非真空条件下,采用自蔓延燃烧法于1400℃保温10~20min进行了B4C-部分石墨化炭黑复合粉体的合成研究。采用XRD、SEM及电子探针等方法对合成粉体的物相及形貌进行了分析;以差热法(TG-DSC)研究了合成粉体的氧化特性。结果表明:炭黑和硼粉加入量(w)分别为45%和55%时,经自蔓延燃烧反应后可以得到粒度均匀的碳化硼(B4C)粉体,且碳黑已部分石墨化。与工业B4C相比,复合粉体中的B4C具有更好的保护碳不被氧化的特性。     

煤系腐植酸基炭/葡萄糖/石墨复合材料的制备及电化学性能

采用石墨化炉对腐植酸进行石墨化处理,以腐植酸基石墨化材料为原料,葡萄糖和片状石墨为中间相,经高温(750℃)炭化处理制备煤系腐植酸基炭/葡萄糖/石墨复合材料;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)法和电化学测试系统对该材料的形貌、微晶结构和电化学性能进行表征.结果表明:片状石墨分散在腐植酸基石墨化材料周围,且被无定型炭包覆.C-C-2复合材料作为锂离子电池的负极材料,具有较高的比容量,在0.1C倍率下的首次可逆比容量为307.3mA·h/g,首次库仑效率为76.3%;在1C和2C倍率下,50个充放电循环后,可逆比容量分别为283.3mA·h/g和152.2mA·h/g,容量保持率分别高达97.9%和97.5%;具有良好的循环稳定性及大倍率性能.     

纳米AlN增强C/C复合泡沫材料制备及机理研究

融合韧带网络型泡沫炭与微球型泡沫炭的结构特点,并结合同质复合材料与异质复合材料的互补优点,用填充了纳米AlN的酚醛树脂胶作韧带网络将酚醛树脂微球六角密排,再经过炭化、石墨化处理,成功地制备了纳米AlN/C复合泡沫样品。对该样品进行扫描电镜和X射线衍射测试,结果表明生成的直径在400～500 nm范围的炭纤维和尺寸在150～200 nm之间的纳米AlN颗粒共同增强韧带网络。同时,对纳米AlN增强C/C复合泡沫材料的机理进行了分析解释。     

VO@g?C3N4-T可见光催化苯羟基化制苯酚

以尿素和乙酰丙酮氧钒为原料制备了钒氧化合物络合在纳米薄片石墨化氮化碳上的光催化剂(VO@g?C3N4-T),并与石墨化氮化碳（g?C3N4）、钒氧化合物负载在石墨化氮化碳上催化剂（VO/g?C3N4）进行了对比。采用N2吸附、X射线衍射光谱(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱（EDS）、电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)分析手段对制备的催化剂进行了表征。考察了所得催化剂可见光催化苯羟基化制 苯酚的性能。结果表明,高比表面积、纳米薄片状的VO@g?C3N4-T催化剂具有合适的带差,导致可见光催化苯的C-H键活化及羟基化具有较好的催化性能,转化率和选择性可以达到98.4%、91.1%。由于石墨化氮化碳和钒具有较强的相互作用,这减少了钒的溶脱,所以该催化剂具有很好的可重复使用性,连续使用五次后,苯的转化率和苯酚的选择性没有明显降低。     

炭纤维在人造石墨基体中的分散性研究

研究了阴离子型分散剂脂肪醇磷酸酯盐(MLBH)对炭纤维在沥青中的分散性的影响;设计分散工艺实验,研究不同工艺对炭纤维/石墨材料中炭纤维分散性的影响。通过扫描电子显微镜、偏光显微镜分别对炭纤维/石墨材料和分散有炭纤维的沥青切片表面形貌进行表征,并通过抗折强度、电阻率指标均匀程度来评价炭纤维在石墨基体中的分散性。结果表明:使用MLBH作为分散剂能明显改善炭纤维在黏结剂沥青中的分散性;先将焦料和沥青混合均匀再加入炭纤维混合得到的炭纤维/石墨材料中炭纤维分散性最佳。     

气相流动法制备纳米炭纤维X射线衍射的研究

采用 X射线衍射分析技术对气相流动法制备的纳米炭纤维进行了测试。通过分析在不同工艺条件下纳米炭纤维的晶体结构参数,研究了反应停留时间、高温石墨化处理工艺条件对纤维微观结构的影响。结果表明：缩短停留时间和高温处理使得构成纳米炭纤维催化生成的炭含量增加,碳层的结构接近石墨晶体的有序结构。     

短切炭纤维负载γ-Fe_2O_3纳米粒子的溶剂热法制备与表征

采用溶剂热法在短切炭纤维表面均匀负载了磁性纳米粒子,并通过场发射扫描电子显微镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、振动样品磁强计等仪器对短切炭纤维负载磁性纳米粒子前后的样品进行表征。研究结果表明:采用乙醇为溶剂的溶剂热法,在240℃下以乙酰丙酮铁为铁源,成功地在短切炭纤维表面负载了γ-Fe_2O_3纳米粒子而得到磁性短切炭纤维,γ-Fe_2O_3粒子在磁性短切炭纤维表面分布均匀,呈球形,其(311)晶面晶粒尺寸为12.7 nm,在磁性短切炭纤维中的含量为5.77%;磁性短切炭纤维具有1.2 emu/g左右的饱和磁化强度,且能够在弱磁场(≤0.12 T)诱导作用下,在乙醇分散液中沿磁场方向排列取向。