含Ti组元炭/炭复合材料微观结构和热传导/力学性能的研究

以短切炭纤维、中间相沥青和Ti粉为原料,采用模压成型、炭化、致密化、高温石墨化等一系列常规工艺,制备了含Ti组元的炭/炭复合材料.考察了Ti组元的添加对复合材料传导性能和微观结构的影响,结果表明:Ti组元的添加能增强复合材料界面、促进晶粒的完善和长大,提高材料的传导/力学性能.当Ti含量为7.3%时,2500℃高温石墨化后所制复合材料的面向热导率最高,为482W/(m·K);进一步3000℃高温处理后材料面向热导率达556W/(m·K).同时本文探讨了Ti组元的催化石墨化机理.     

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)。     

短切炭纤维-炭复合材料的制备及传导性能和微观结构的研究

以中间相沥青基短切炭纤维和中间相沥青为原料,采用模压成型、炭化、致密化、高温石墨化等一系列常规工艺,制备了传导性能良好的炭/炭复合材料.主要考察了中间相沥青与中间相沥青基炭纤维质量配比对材料密度及传导性能的影响,并进一步研究了材料微晶参数的变化与材料性能的相关性.结果表明中间相沥青与纤维质量配比对材料的导热、导电性能以及微晶参数有很大影响.随着中间相沥青用量的增大,材料导热、导电性能均提高,石墨层间距d002减小,石墨微晶尺寸La、Lc增大;当中间相沥青与炭纤维质量比为 0.8时,制备出的炭/炭复合材料石墨微晶尺寸最大,常温传导性能最佳(垂直于压制方向的面向热导率为385W/(m·K),电阻率为2.85μΩ·m);进一步提高中间相沥青用量,石墨微晶尺寸La、Lc减小,材料的传导性能降低.     

热处理温度对二维高导热炭/炭复合材料结构及热导率的影响（英文）

以高导热沥青基炭纤维布为增强体,中间相沥青为黏结剂,采用热模压成型及液相浸渍裂解工艺增密,并经高温石墨化处理制备二维高导热炭/炭复合材料。利用X射线衍射仪和透射电子显微镜对经不同温度处理后的沥青基炭纤维及二维高导热炭/炭复合材料的结构和形貌变化进行表征,并考察石墨化处理温度对复合材料热导率的影响。结果表明,随着热处理温度的升高,纤维及复合材料内部石墨微晶尺寸增大、取向度变好,纤维与基体间界面结合紧密、裂纹减少,而基体碳层间裂纹则呈扩大趋势。此外,二维高导热炭/炭复合材料的热导率随热处理温度的升高而线性增加,经3 000℃处理后,材料热导率高达443 W/m·K。     

氧化锆陶瓷四方相以及晶界热导率的定量计算

氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)涂层是应用广泛的热障涂层材料。为了更好地研究各种因素对热障涂层热导率的影响, 使用压制烧结的方法制备基本致密的氧化锆陶瓷, 研究相组成和晶粒大小对热导率的定量影响。在不同的烧成制度下制备出不同晶粒大小的氧化锆陶瓷。用电子背散射衍射(EBSD)图像研究氧化锆陶瓷材料的相组成以及晶界的分布情况。综合有限元模拟的方法以及傅立叶传导方程, 计算出四方相和晶界的热导率分别为2.65 W/(m·K)和1.54 W/(m·K)。研究表明, 四方相的热导率比氧化锆陶瓷的热导率高, 而晶界的热导率比氧化锆陶瓷的低。     

海藻酸钠离子凝胶法制备直通孔氧化铝多孔陶瓷

利用海藻酸钠的离子凝胶过程, 采用溶剂置换结合冷冻干燥的工艺, 成功制备了具有高度有序六方排列的直通孔多孔氧化铝陶瓷, 整个工艺过程及所使用的原料都是环境友好的。研究结果表明, 1500℃烧结2 h样品的孔径尺寸在200 μm左右, 且与固相含量的关系不大, 而孔壁上存在0.3 μm~0.5 μm的小孔。通过控制浆料中氧化铝的固相含量可以对材料的性能进行有效地调控, 研究表明, 随着固相含量从5wt%提高到15wt%, 材料的密度从0.87 g/cm³提高到1.16 g/cm³, 渗透率从2.57×10^-11 m²下降到2.16×10^-11 m², 而抗压强度从(18.9±3.2) MPa提高到(44.2±5.4) MPa, 平行孔道方向的热导率从2.1 W/(m·K)提高到3.1 W/(m·K), 而垂直孔道方向的热导率从1.3 W/(m•K)提高到1.7 W/(m·K), 并且平行孔道方向热导率的增加幅度要明显大于垂直孔道方向。     

高密度石墨泡沫及其石蜡复合材料的热物理性能(英文)

以中间相沥青和添加中间相炭微球的沥青为原料,调整发泡压力和发泡温度制备沥青泡沫,经1273K炭化和2973K石墨化,制备了高密度石墨泡沫。为了进一步提高石墨泡沫的密度,采用573 K的沥青反复浸渍炭化未添加中间相炭微球的沥青在1273K下所制的泡沫炭,再经2973K石墨化获得增密度后的石墨泡沫。而后制备了相应石墨泡沫/石蜡复合材料。研究了石墨泡沫热物理性能的影响因素和石墨泡沫/石蜡复合材料的热行为。研究表明:沥青组分、发泡温度和发泡压力决定了石墨泡沫的结构和热物理性能,而石墨泡沫的热导率决定了复合材料的热行为。与石蜡相比,石墨泡沫/石蜡复合材料的热扩散系数提高了768至1588倍。石墨泡沫/石蜡复合材料的潜热与石蜡的质量分数成正比。该复合材料是快速响应电子散热材料的良好选择。     

石墨化碳泡沫导热性能研究

以煤焦油基沥青为原料,在420～450℃的范围内热解制备中间相沥青,用所制得的沥青在6～8MPa的压力下升温发泡,保温一段时间,然后再经过碳化和石墨化制得一种性能优良的导热材料--碳泡沫,其导热系数最高可以达到110W/(m·K).讨论了沥青中间相含量、发泡时的压力、保温时间、升温速率对泡沫导热性能的影响:随着中间相沥青含量的增加,所制备的碳泡沫的导热系数明显提高,中间相由0%提高到100%时,导热系数由77.5W/(m·K)上升到110W/(m·K);发泡时保温时间的影响相对于成型压力更为明显,保温时间从1h提高到4h,导热系数会由85 W/(m·K)上升到100W/(m·K);发泡的压力对导热系数的影响不是很明显.     

中间相沥青不熔化纤维自烧结制备高传导性炭材料研究

以中间相沥青为原料,通过带形截面喷丝板进行熔融纺丝,对所获中间相沥青纤维进行适度氧化处理,而后通过热压工艺将氧化中间相沥青纤维进行无黏结自烧结成型,并借助红外分析和扫描电镜等手段研究了不同最终氧化温度对带状沥青纤维的官能团变化与由其自烧结制备高导热炭材料的成型性及性能影响。结果表明:经260℃不熔化处理的中间相沥青纤维热压成型,能获得具有高密度、高抗弯强度和高传导性的新型炭材料,所制备材料的密度高达2.16 g/cm3,抗弯强度达到125.9MPa,电阻率和热导率分别达到0.56μΩm和830W/(m.K)。     

一维高导热C/C复合材料的制备研究

以三种沥青作为基体前驱体, 实验室自制的AR中间相沥青基纤维为增强体, 通过500℃热压成型, 随后经炭化和石墨化处理制备出一维炭/炭(C/C)复合材料。研究了前驱体沥青种类和热处理温度对复合材料导热性能的影响, 并采用扫描电子显微镜和偏光显微镜对其石墨化样品的形貌和微观结构进行表征。结果表明; C/C复合材料在沿纤维轴向的室温热扩散系数和导热率均随热处理温度的升高而逐渐增大; 由AR沥青作为基体前驱体所制备的C/C复合材料具有更加明显的沿纤维轴向取向的石墨层状结构以及最好的导热性能, 其3000℃石墨化样品沿纤维轴向的室温热扩散系数和导热率分别达到594.5 mm²/s和734.4 W/(m·K)。     

中间相沥青纤维制备高导热炭材料的研究

利用中间相沥青纤维中沥青分子的高度择优取向和适度的热塑性热压制备高导热块体炭材料. 对比研究了经不同氧化处理的带形及圆形中间相沥青纤维热压所得炭材料的传导性及力学性能. 结果表明: 相对圆形纤维来说, 由于带形中间相纤维具有更高的纤维轴向取向度和纤维之间更高的接触面积, 故其热压所得材料具有更高的密度和传导性. 经260℃氧化的带形纤维热压所得炭材料的密度、抗弯强度、电阻率及热导率分别达到了2.18g·cm^-3、118.4MPa、1.13μΩm和717W/m·K.     

掺杂钛催化机理及其再结晶石墨导热性能的研究

用煅烧石油焦作填料、煤沥青作粘结剂、钛粉作添加剂,采用热压工艺制备了一系列不同质量配比的掺杂钛再结晶石墨.考察了不同质量配比的添加钛对再结晶石墨的热导率、抗弯强度的影响以及微观结构的变化.实验结果表明,与相同工艺条件下制备的纯石墨材料相比较,掺杂钛再结晶石墨的热导率、抗弯强度均有较大的提高.室温下,RG-15再结晶石墨的层面方向热导率可达424W/(m·k),抗弯强度可达50.2MPa.微观结构分析表明,少量的掺杂钛,即可使材料达到很高的石墨化度;过多的钛掺杂量不利于材料的热导率以及抗弯强度;原料中掺钛量为15wt％时,再结晶石墨的微晶发育以及排列程度最好,此材料的石墨化度为96.4％,微晶参数La为306nm.XRD物相分析表明,钛元素在再结晶石墨中以碳化钛的形式存在.钛对再结晶石墨制备过程的催化作用可以用液相转化机理来解释.     

Experiments and modeling for thermal conductivity of graphite nanoplatelets/carbon composites

In this work, the graphite nanoplatelets/carbon composites were fabricated from graphite nanoplatelets and pitch powders by a hot-pressing technology followed by carbonization and graphitization. The XRD and pole figure results show that the incorporation of pitch induces the decrease of size (L_a) and orientation degree of graphitic crystallites, while the in-plane thermal conductivity of graphitized sample is increased with the increasing pitch content up to 6 wt.%, achieving a maximum value of 405 W/m K. The pitch binders are filled into the voids to bridge two or more graphite nanoplatelets particles together to form extra thermal paths, which makes a great contribution to the enhancement of thermal conductivity. A thermal conductivity model for the graphitized composites is constructed based on a bridging mechanism, and the predicted results fit well with the experimental results.     

热态流变对中间相基炭材料导热性能的影响

以中间相沥青为原料,在变径模具中通过热态高压流变剪切促进分子有序排列制备了中间相有序块体导热炭材料。采用XRD、SEM和偏光显微镜表征了流变收缩比(1∶1、2∶1、2.5∶1和3∶1)对中间相有序排列块体炭材料微观织构及导热性能的影响。结果表明:中间相沥青在高压流变剪切的作用下实现了中间相炭微球之间的融并和有序生长,最终形成了微观有序、类纤维结构特征的块体炭材料。流变收缩比的提高,促进了中间相炭微球之间的融并生长,从而有利于获得更为完美的石墨结构。流变剪切不仅促进了中间相炭微球之间的有序融并在轴向形成了类纤维组织结构,而且能够促进径向不同层面之间中间相炭微球有序融并所形成细棒状纤维结构,正是该结构的存在改善增加了样品的导热系数。当流变收缩比由1∶1增加到3∶1时,样品轴向导热系数由96.88 W/(m.K)增大至131.02 W/(m.K),径向导热系数由140.85 W/(m.K)增大至160.46 W/(m.K)。流变收缩比的提高缩小了样品两维方向上导热特性的差异。     

原料配比对石墨材料热传导性能的影响

以煅烧石油焦和煤沥青为基本原料，采用热压工艺制备了一系列石墨材料，考察了煅烧石油焦填料的粒度分布以及粘结剂用量对石墨材料的传导性能的影响，并阐明了粘结剂与填料粒子在热混捏与热压过程中相互作用原理。结果表明：石墨材料的传导性能不仅依赖于原料种类，粒度，而且与其质量配比有关，有最佳原料配比所制备的块状石墨具有高密度，低孔率，低电阻以及高导热等特点；填料煅烧石油焦颗粒以及粘结剂用量的过多或过少，都不利于石墨材料的传导性能，本文填料中最佳煅烧石油焦颗粒用量为25%，原料中最佳粘结剂含量为25%。     

高定向石墨/铜复合材料的制备和热物理性能

为了制备出具有优良热物理性能的石墨/铜复合材料,采用流延法将天然鳞片石墨定向排列在铜箔表面,并使用真空热压法制备具有层状结构的高定向石墨/铜复合材料。使用XRD和SEM等表征方法分析样品的微观形貌和成分,结果表明,在高温的作用下,流延所使用的溶剂充分挥发,热压后石墨仍高定向排列在相邻的两层铜箔之间,并相互搭接;部分熔化的铜在压力作用下渗透到石墨层的孔隙处,铜层之间相互贯穿。这种结构使石墨/铜复合材料具有优良的热物理性能。当石墨体积分数为20vol%~70vol%时,石墨/铜复合材料在高导热平面内热导率高达402~743 W/(m·K),抗弯强度达到126~48 MPa。深入讨论了石墨/铜复合材料的热传导机制,并建立了导热预测模型。      

Investigation of defects in a mesophase pitch-based graphite at the atomic scale北大核心CSCD

A C/C composite as a thermal conducting material was prepared by the impregnation of unidirectional mesophase pitch based carbon fibers with mesophase pitch and graphitization at 3 000 degrees C. It was thinned to around 10 nm in the direction parallel to the fiber axis by cutting, grinding and ion beam bombardment. Results indicate that mesophase pitch is transformed into hexagonal graphite (HG). However, there is rhombohedral graphite (RG) tens of nanometer thick mingled with the HG. Defects include the glide and rotation structures and grain boundaries.