利用酚醛树脂制备复杂形状碳化硅复合材料零件

为了解决复杂形状陶瓷构件成型难的问题, 利用光固化快速成型技术, 以酚醛树脂为原料, 制作了陶瓷复合材料构件。用XRD 分析了炭支架和陶瓷构件的物相组成; 应用TGA 和SEM 研究了生成炭支架的热解特性、孔道系统和陶瓷构件的微观组织结构; 建立了渗硅的反应机理模型。结果表明: 炭支架主要为酚醛树脂热解后生成的无定形碳, 其残碳率为65 %; 渗硅温度为1500 ℃时生成的陶瓷构件是由Si 、SiC 和C 组成的致密复相陶瓷; 渗硅后如果温度升高至1650 ℃进行排Si , 则生成多孔复相陶瓷; 光固化树脂网格结构和淀粉结合生成的孔道系统, 能够有效避免制件的破裂并有利于渗硅反应; 在1500 ℃温度渗硅30 min 得到的SiC 层厚为20μm。      

NbCx-C三维网状纤维的制备

采用碳热还原法和不同的添加剂在温度为970～1120℃、压力为0.1MPa的N2条件下,在石墨电阻炉内首次制备出NbCx(x=0.98)-C三维网状纤维. 三维网状纤维的直径为12～38μm, 网的环长为0.22～2.2mm,网孔径为70～701μm. 本文详细研究了制备的工艺条件及相应的网状纤维的形貌.     

单根膨胀石墨蠕虫压片的晶粒结构

用金相显微镜研究了单根膨胀石墨蠕虫压片的表面,发现其具有类似于金属的金相结构.用金属粒度评级软件对所得图像的晶间界进行重构,并分析了其平均粒径.结果表明:蠕虫压片晶粒平均粒径为30 μm～45μm,与原始天然鳞片石墨的粒度及膨胀工艺无关.X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)与原子力显微镜(AFM)观察表明:蠕虫压片晶粒存在亚结构,亚结构晶粒内部石墨的结晶完善,单个亚晶粒与原始鳞片石墨外观相同,呈片状,La为3μm ～8μm,Lc为30nm ～80nm.此外,根据XRD数据计算了压片后的膨胀石墨晶粒的取向度和峰背比值,发现晶粒沿垂直于压力的平面取向排列,并且压力越大,晶体的取向越明显.     

聚碳硅烷先驱体转化法制备SiC涂层研究

以自合成的聚二甲基硅烷(PDMS)为原料,常压裂解合成聚碳硅烷(PCS),通过FT-IR分析PCS的结构,用GPC测定其分子量及分布,用熔点分析仪测定其熔点.在此基础上,采用聚碳硅烷先驱体转化法在石墨基体上制备SiC涂层,通过X射线衍射对涂层进行晶相分析,用扫描电镜分析涂层表面和横断面的形貌.结果表明,在石墨基体上形成了明显的β-SiC晶相,可以获得均匀、致密的SiC涂层,其厚度可通过涂层次数的改变进行调节,单次涂层最大厚度大约为2μm.     

改进的锐孔法制备粒径均一的聚乳酸微球

锐孔法是制备微胶囊的常用方法之一。文中根据微通道法乳化技术原理,改进了锐孔法实验装置并用于聚乳酸微球的制备;应用简化的聚乳酸微球制备模型,研究了油相注入速率、搅拌器转速、聚乳酸浓度和锐孔内径大小等因素对聚乳酸微球平均粒径d和粒径分布系数(C V)的影响。结果表明,油相注入速率小于1.2 mL/min时,对d和C V影响较小;提高搅拌器转速能降低d;随着聚乳酸浓度的增大,d和C V均呈增大趋势;当锐孔内径处于200μm~550μm时,d和C V与锐孔内径无明显关系。用内径50μm玻璃毛细管针头代替金属针头,成功地制备出粒径均一的聚乳酸微球(d=77.93μm,C V=17.59%)。     

竹炭微结构的研究

以竹材经高温炭化获得的固体产物--竹炭为研究对象,利用X射线衍射分析(XRD)、红外光谱分析(IR)、扫描电镜分析(SEM)、能谱分析(EDS)等测试技术对竹炭结构及形貌进行了研究.研究结果表明,竹炭结构是含石墨微晶的无定型碳结构,基本保持竹材的微观形态,有明显的塌陷现象,细胞壁上的微孔道是竹炭具有较大比表面积的主要原因,导管内壁存在类似层状石墨结构;竹炭主要成分是C和O,并含有K、Si等微量元素.上述研究为长效多功能竹炭制品的开发奠定基础.     

葡萄糖基碳包覆ZnFeO的合成及其红外发射率研究

为抑制锌铁氧体在8～14μm频段的红外发射, 以水热合成的ZnFeO粒子为种子, 进一步在葡萄糖溶液中水热合成了高分散性的碳包覆ZnFeO复合材料. 借助于TEM、红外和紫外光谱技术, 证实形成了葡萄糖基碳包覆ZnFeO的核壳结构. 500℃热处理后包覆层碳化程度提高, 但内核仍为氧化物. 而1000℃时内核发生碳热还原反应, 形成了石墨层包覆Fe纳米晶的结构. 8～14μm频段的发射率测试结果表明：葡萄糖基碳包覆样品在未经热处理时平均红外发射率降低至0.5以下, 500℃热处理后平均红外发射率最低可至0.353, 拓宽了锌铁氧体的隐身频段.     

B4C-MgO复合粉体的合成及其应用研究

以工业级B2O3、金属镁、炭黑为原料,采用自蔓延燃烧方式合成了B4C-MgO复合粉体.结果表明产物中B4C的晶粒尺寸为0.5～2 μm,方镁石晶粒的为5～10μm,同时还有少量副产物3MgO(B2O3和过量炭黑生成的石墨化炭黑存在.添加B4C-MgO复合粉体的低碳镁碳试样(D5)具有良好的常温性能和热态强度,其抗氧化性能要优于添加市售碳化硼(d50=36 μm)和添加金属Al的低碳镁碳试样.本文采用钢厂的LF精炼钢渣试样对低碳镁碳砖D5与市售14A镁碳砖做抗侵蚀实验对比,结果表明低碳镁碳砖D5同样具有良好的抗侵蚀性能.     

高温度梯度下Fe——石墨共晶定向凝固的研究

使用液态金属冷却定向凝固技术在G_L≈2lOK/cm,υ=0.5-100μm/s条件下对Fe—石墨共晶进行了试验研究。Fe—石墨共晶的界面形态和凝固组织可分为四种类型:(1)规则界面和定向细片石墨,(2)不规则界面和粗、细片石墨,(3)内生型界面和共晶团,(4)Fe—Fe_3C共晶。石墨片间距入与生长速度υ的关系如下: (1)υ=0.5-2μm/s时,λ=4.74xl0~(-6)υ~(-0.64)cm,υ=0.2μm/s时,石墨片具有良好的定向性;(2)υ=3-5μm/s时,λ随υ的增大而增大;(3)υ=5-10μm/s时,λ≈常数。     

注射成型羟基磷灰石/聚酰胺6多孔支架的微观结构和力学性能

采用注射成型法制备了羟基磷灰石/聚酰胺6(HA/PA6)多孔支架,用SEM、XRD、DSC等手段表征了支架的组成结构和形貌,检测了其力学性能.研究表明,调节羟基磷灰石(HA)含量、偶氮二甲酰胺(AC)用量和预塑量能有效控制支架的力学性能、孔径大小和孔隙率.HA/PA6支架的孔径在100～500μm左右,孔隙率达到甚至超...     

基于酚醛树脂的碳/碳复合材料在高温分解过程的微结构演变

采用热压成型方法制备碳/ 酚醛树脂预制体, 再经高温碳化得到开气孔率为27 %、密度约1. 27 g/ cm3并具有预期孔隙结构的碳/ 碳复合材料。研究了200～900 ℃预制体转化为碳/ 碳复合材料过程中, 材料的密度、开气孔率、失重率、以及内部微观结构随温度的变化。分析了材料在高温分解过程中微观结构演变规律。结果表明,酚醛树脂主要在400～700 ℃大量分解, 其分解速率约为其余温度范围的4 倍, 该温度范围失重率增加了14 %、开气孔率增加了18 %。在高于400 ℃时形成大量裂纹与孔隙, 随着温度升高裂纹增多并进一步扩展, 900 ℃碳化后形成一种连通的特征性微观裂缝网格模式。高温分解后碳/ 碳复合材料中总孔容约0. 17 cm3 / g , 其中81 %的孔隙半径在122. 190～2. 440μm 范围内。      

掺磷酚醛树脂炭用作锂离子电池负极的研究

以添加不同含量的五氧化二磷的热塑性酚醛树脂为前驱体,经热固化后升温至600～1600℃下热裂解制备掺磷树脂裂解炭.元素分析、氮气物理吸附和X射线衍射分别考察了裂解炭的元素组成、BET比表面积以及微晶结构变化;恒定电流充放电技术研究了裂解炭的充放电性能.研究发现五氧化二磷的加入使得树脂裂解炭的微晶结构发生了很大改变:随着磷掺杂量的增加,树脂炭的微晶层间距减小,微晶变得更加无序;BET比表面积先减小而后增加;放电容量先增加而后减小,当其含量为 9wt％时,放电容量达到最大值（528mA·h·g^-1）,是掺杂前（230mA·h·g^-1）的2倍多.     

Hierarchical macroporous carbon processed with ethylene glycol and starch as double porogens

A hierarchical macroporous carbon derived from phenol-formaldehyde (PF) resin was processed using ethylene glycol (EG) and starch as double porogens. The influences of carbonization temperature on morphological properties and pore microstructure of the porous carbon were investigated, and the formations of hierarchical macropores were analyzed. Obtained results demonstrated that both the carbonization temperature and the composition of the resin and the two porogens played key roles in determining the pore morphology and properties. Under certain conditions, a series of hierarchical macroporous carbons having relatively big macropores of diameter 10- 40 μm and relatively small macropores of diameter 0.5-2 μm can be obtained. The formations of the big and small macropores can be attributed to the pyrolysis of starch and the phase separation of resin-rich and glycol-rich phases, respectively.     

管式炭膜孔结构及强度控制

以石油焦为原料,研究了原料粒度及混入中温沥青、酚醛树脂、田菁粉和淀粉等添加荆对管式炭膜孔结构和膜强度的影响.结果表明,随原料平均粒径的减小,所制得管式炭膜的平均孔径减小,但强度增大;加入酚醛树脂、田菁粉和淀粉等添加剂使炭膜孔径增大,但强度减小,而加入中温沥青则与之相反;以田菁粉为添加剂时炭膜的平均孔径达0.319μm,强度为4.40N/mm,以中温沥青为添加剂时炭膜的平均孔径为0.174μm,但强度高达13.78N/mm.     

Fabrication of carbon capsules with hierarchical pore structures

Carbon capsules with hierarchical pore structures were fabricated by using core-shell silica nanoparticles as templates and phenolic resin as a carbon precursor. Carbon capsules with hierarchical pore structures were obtained via in-situ polymerization of the phenolic resin on the surface of the silica nanoparticles followed by the carbonization and removal of the silica templates. The hierarchically pored carbon capsules exhibited multimodal porosity with a high specific surface area (approximately 1834 m2/g) and a large pore volume (approximately 1.83 cm3/g).     

烯丙基COPNA-BMI树脂微球的制备及表征

以烯丙基缩合多核芳烃-双马来酰亚胺(COPNA-BMI)预聚树脂为原料、以硅油为分散和导热介质,通过悬浮聚合法制备烯丙基COPNA-BMI树脂微球。采用SEM研究树脂微球的形态;采用FT-IR研究树脂微球悬浮聚合前后官能团的变化;采用TG-DTG和SEM研究树脂微球的耐热性和炭化形态。研究表明,烯丙基COPNA-BMI树脂微球具有很好的球形和表面光洁度,其粒径主要分布在10μm～20μm之间;经过悬浮聚合后,烯丙基COPNA-BMI树脂碳碳双键的特征吸收峰消失;该树脂微球具有优良的耐热性,其炭化产物是具有很好球形度的炭微球。     

由椴木木粉和酚醛树脂制备木材陶瓷的研究

以椴木木粉和酚醛树脂为原料制成一种新的木材陶瓷.用TGA、XRlD和SEM技术分别对木材陶瓷的形成机理、物相构成和微观结构进行了表征与研究.详细讨论了碳化温度和酚醛树脂用量对木材陶瓷显气孔率、体积电阻率和弯曲强度的影响.结果表明,木材陶瓷是由酚醛树脂生成的玻璃态的硬碳和由木粉生成的无定形的软碳组成的多孔性碳复合材料;随碳化温度升高或酚醛树脂用量的增加,木材陶瓷的显气孔率和弯曲强度增大,体积电阻率下降;碳化温度升高可以使(002)衍射峰逐渐变窄,强度增大,并且向高角度移动,晶面间距d₍₀₀₂₎减小,而酚醛树脂用量的增加对(002)衍射峰和晶面间距d₍₀₀₂₎基本没有影响;当碳化温度为1350℃,酚醛树脂用量为160wt％时,木材陶瓷的显气孔率、体积电阻率和弯曲强度分别达到了50％、2.0×10^-2Ω·cm和25MPa.     

N-PMI改性酚醛树脂微球的制备及表征

以N-苯基马来酰亚胺(PMl)改性酚醛树脂为原料、以硅油为分散和导热介质,采用悬浮聚合法制备单分散性较好的树脂微球.采用扫描电镜(SEM)研究炭化前后树脂微球的形态;采用热重分析(TG-DTG)研究了N-PMI改性酚醛树脂的耐热性;采用红外光谱(FT-IR)研究不同炭化温度树脂微球官能团的变化.研究表明,N-PMI改性...     

以中间相沥青为粘结剂的低密度高导热炭纤维网络体的研究

以中间相沥青为粘结剂, 采用500 ℃低温炭化炭纤维, 经低压模压成型、炭化和石墨化后得到低密度高导热炭纤维网络体。与以1300 ℃炭化炭纤维为原料和以酚醛为粘结剂制备的炭纤维网络体进行了比较。对粘结剂炭收率(热重分析)、样品微观形貌(扫描电子显微分析)、石墨化度及微晶尺寸(X射线衍射分析)等进行了表征。研究结果表明: 由于高炭收率和高片层取向度的中间相沥青与500 ℃低温炭化处理炭纤维共同经历后续热处理时呈现出相近的热收缩率, 因而具备良好的相互粘结性和石墨片层铆接效应, 其制备的炭纤维网络体经石墨化后密度为0.317 g?cm ^-3, 由此制备的相变复合材料的面内热导率为19.30 W·m ^-1·K ^-1, 较纯相变材料(石蜡)提升了80倍, 明显高于以1300 ℃炭化炭纤维为原料, 以中间相沥青和酚醛分别为粘结剂制备样品的面内热导率(17.03和14.47 W·m ^-1·K ^-1)。