中间相沥青基泡沫炭的制备、结构及性能

以萘系中间相沥青为原料,考察了发泡条件、炭化和石墨化工艺对所制泡沫炭结构和性能的影响.结合粘温曲线、TG-DTG热重曲线以及不同发泡条件下泡沫炭的表面形貌分析,其最佳发泡条件为:发泡温度600℃,升温速率5℃/min,发泡压力5MPa.石墨化升温速率越低越有利于泡沫炭石墨微晶的生长及压缩强度的提高,其中以5℃/min升温至2800℃并恒温30min所制泡沫炭的压缩强度达1.38MPa.     

CVD PyC对炭泡沫结构及性能的影响

以AR中间相沥青为原料,采用中间相沥青自发泡法在发泡压力为0.1、3.0MPa,发泡温度为450℃的条件下制备了两种不同体积密度的炭泡沫CF-1和CF-2.将CF-1经过10h和70h化学气相沉积热解炭(CVDPyC)处理后得到炭泡沫CF-1-PC1和CF-1-PC2.测定了炭泡沫的抗压强度和导热系数,利用SEM和光学显微镜观察了炭泡沫的孔结构,考察了CVD PyC对炭泡沫结构及性能的影响.研究结果表明,CVD PyC处理可以增加炭泡沫韧带宽度,封填孔壁微裂纹;沥青炭和热解炭之间无明显界面,结合良好;经过CVD PyC处理后得到的CF-1-PC1和CF-1-PC2的体积密度、抗压强度、导热系数分别为, 0.196g·cm-3、1.89MPa、0.314W·m-1·K-1和0.461g·cm-3、11.93MPa、1.581W·m-1·K-1.     

炭泡沫的制备、性能及应用

炭泡沫是具有广阔应用前景的新型炭材料,自出现起就成为炭材料研究中的热点.以中间相沥青基炭泡沫为重点,介绍了炭泡沫的发展历史和研究进展,总结了现有炭泡沫制备技术,包括发泡剂发泡法、模板法、中间相沥青自发泡法和限空间法等,概述了炭泡沫的性能和应用前景,并展望了其发展方向.     

制备条件对炭泡沫结构的影响

利用沥青在热解过程中产生挥发性气体自发泡和高压渗氮的原理，以石油中间相沥青为原料，采用高压反应釜制备炭泡沫材料。用SEM和偏光显微镜观察了材料的孔结构，分析了制备条件对炭泡沫结构的影响。结果表明，温度和压力是影响炭泡沫材料结构的重要因素，在实验条件范围内，较高的反应温度和压力有利于制备出较高性能的炭泡沫，其气孔率较高，韧带炭层排布规则。     

预氧化对中间相沥青泡沫炭结构和性能的影响机制研究

研究了预氧化对萘系中间相沥青的表面化学性质、族组成分布以及对泡沫炭的发泡条件、泡孔形成、孔结构及微结构的影响机制.当中间相沥青经210℃预氧化2h后,其喹啉不溶物含量增加32.3%,族组成分布变窄.在600℃/3MPa发泡条件下,所制石墨化泡沫炭的平均孔径、压缩强度分别为200μm、2.8MPa.     

中间相沥青基炭泡沫体的制备、结构及性能

以合成中间相萘沥青为原料，采用加压发泡法制备孔径均匀的初生炭泡沫体，经700℃～1000℃和2300℃～2800℃热处理制备出炭化和石墨化炭泡沫体；以700℃炭化处理所得的炭泡沫体作为芯材制成夹芯复合材料。研究了原料性能、发泡以及热处理工艺参数对炭泡沫微观结构和力学性能的影响，考察了炭泡沫体夹芯复合材料的微波吸收性能。结果表明：发泡过程中保持均匀的温度场是制备孔径均匀的炭泡沫体的关键因素，压力是影响孔结构的主要因素。炭泡沫体的微晶结构、力学性能以及微波吸收性能沿xy和XZ面方向（分别表示垂直和平行于重力方向）具有各向异性。     

中间相沥青基炭泡沫

1993年，在第21届国际炭双年度会议上。Hager等结合自己的一些前期研究工作通过模型分析预测了不同于以往的炭泡沫材料的韧带式网架结构的石墨化炭泡沫的存在。1998年，美国橡树岭国家实验室(ORNL)的炭材料研究人员James W．Klett在从沥青制备炭材料时偶然发现了一种石墨化多孔炭材     

中间相沥青基泡沫炭的制备与结构表征

将石油系中间相沥青利用限定尺寸法发泡后获得了泡沫炭,泡沫炭再经氧化、炭化和石墨化处理获得了具有良好孔结构的泡沫炭.利用SEM和XRD分析了泡沫炭的形态和结构.发现调整发泡模具中的自由空间可以控制泡沫炭的孔径;炭化和石墨化后泡沫炭的孔径减小,孔壁片层取向接近石墨;泡沫炭的孔壁由平直孔壁和“Y”形孔壁结构成,前者内部片层取向优于后者.大孔径泡沫炭的孔壁具有更紧密的内部分子排列,但其微晶尺寸较小.     

中间相沥青的预氧化对石墨化泡沫炭微裂纹的影响

通过对萘系中间相沥青进行预氧化处理,研究族组成变化对石墨化泡沫炭微结构的影响机制。结果表明:中间相沥青经过预氧化处理后,喹啉不溶物含量提高、族组成分布变窄,导致石墨化过程中泡沫炭泡孔的孔壁、韧带处热应力的梯度差异变小,进而使得微裂纹的数量、长度及间隙减小。     

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。     

由中间相沥青制备泡沫炭:Fe(NO3)3的影响

以中间相沥青为前驱体制备高性能泡沫炭，在考察中间相沥青、Fe（NO3）3及其混合物热分解行为的基础上，着重研究了Fe（NO3）3对制备中间相沥青基泡沫炭的影响，揭示了Fe（NO3）3对泡沫炭孔泡结构的影响规律及其作用机制，初步研究了在泡沫炭炭化过程中形成的Fe／C之物相结构及其石墨化行为。结果表明，在不同的炭化温度下，Fe在泡沫炭中的存在形态各异；Fe物种的存在有利于提高泡沫炭的石墨化程度。     

氢化钛预氧化处理和发泡温度对Al-7Si闭孔泡沫铝泡孔结构的影响

采用粉末冶金快速发泡法制备Al-7 Si闭孔泡沫铝,研究使用高导热发泡模具后制备工艺参数对泡沫铝膨胀率、孔隙率、泡孔个数与孔径的影响.结果表明:在450～550℃时对氢化钛预氧化处理1 h可细化颗粒尺寸,提高氢化钛开始分解温度和最大分解速率温度.过度预氧化处理会导致氢化钛释气量下降,获得的试样膨胀率较低.发泡温度的提高有助于提高泡沫铝膨胀率和泡孔个数,对孔隙率和平均孔径影响较小,但温度过高会使得试样顶部低圆度裂纹状泡孔分布范围增加.发泡模具的使用有助于约束膨胀方向,提高冷却过程中孔径均匀程度.粉末冶金快速发泡法可获得均匀泡孔结构泡沫铝.采用450℃预处理90 min的氢化钛作为发泡剂,发泡温度为720℃,发泡时间为160 s时可获得孔隙率为78.1％,孔径为(2.29±0.8)mm,并具有最优泡孔结构的泡沫铝材料.     

Orthogonal structure in mesophase pitch-based carbon fibres

Some carbon fibres showed the presence of an orthogonal structure when cross-sections were viewed with light or transmission electron microscopy. This structure was formed from a re-ordering of layer planes as a result of the interaction of mesophase with a stainless steel, square-mesh filter above the spinnerette, using laboratory-scale equipment. Where the mesophase was comparatively viscous the structure persisted and was present in the undrawn and drawn fibre; with mesophase of higher fluidity the orthogonal structure was preserved only in fragmentary or distorted form, or not at all. The structure inferred from these microscopical studies differs from that of an orthogonal pattern previously reported. Fibres spun with a filter appear to have improved mechanical properties, compared to those where no filter Was used.     

不同KOH配比对中间相活性炭微球结构形态的影响

为了制备中孔含量高的高比表面积活性炭微球，以KOH为活化剂，在850℃下对中间相沥青微球（MMB）进行了活化处理，考察了不同KOH配比对活性炭微球孔结构及其表面形态的影响，并对KOH活化中间相沥青微球的反应机理进行了初步探讨，研究结果表明：随着KOH配比增加，活性炭微球总孔容和中孔孔容含蛳分别达到最高值，进一步增加KOH配比二者均呈下降趋势；KOH配比为8时制备的活性炭微球具有最高的总孔容和和比表面积，同时具有较高的中孔孔容含量；KOH配比为10时，活性炭微球的总孔容和比表面积下降，但中孔孔容达到最高值；随着KOH配比的增加，活性炭微球尺寸变小，由圆形变为椭圆形，然后变为较小圆颗粒。     

Structure and high temperature frictional behavior of a coal pitch-derived carbonaceous mesophase (CM) treated by high-energy ball milling

A coal tar pitch-derived carbonaceous mesophase (CM) was treated in a high-energy ball mill apparatus. The structures for the raw and the as-milled CMs were characterized by X-ray diffraction and laser-Raman spectroscopic techniques, and the frictional behaviors for the CMs were investigated by using a SRV high temperature friction and wear tester. The results have shown that, high-energy ball milling leads to a drop in the crystallinity of the CMs and a decrease in the size of graphite planar micro-crystals, implying a higher structural amorphism caused by the high-energy ball milling. In addition, the CMs display a high temperature lubrication effect. High-energy ball milling is supposed to be beneficial to the graphitization of the CMs induced by friction mechanical action, and, therefore, facilitate the high temperature lubrication effect to some extent.     

Tailoring structures and properties of mesophase pitch-based carbon fibers based on isotropic/mesophase incompatible blends

Blends composed of isotropic and mesophase pitches in various proportions were used as precursors for carbon fibers. The effects of composition on the morphology of blends, precursor spinnability, transversal texture, and mechanical properties of the final carbon fiber were studied. The blends are binary incompatible phase-separation systems. When the content of isotropic pitch is ≤30 %, it is distributed uniformly in the mesophase matrix as spheres; whereas, complete phase inversion occurs when the content is ≥35 %. Blends containing isotropic pitch in dispersion phase show good spinnability and small-diameter fibers can be continuously drawn. The transversal texture of carbon fibers is transformed from a radial type with a crack along the fiber axis to an intermediate morphology between radial and random type by blending 20–30 % isotropic pitch. The tensile strength of carbon fibers with 20–30 % IPc is 2.5 times as high as the AR-based CF without the reduction of Young’s modulus.     

Preparation and structure of mesophase pitch-based thin carbon tape

A mesophase pitch of 100 vol % anisotropy prepared from methylnaphthalene using HF/BF₃ was spun through a slit-shaped nozzle, stabilized in air under strain and carbonized at 1300°C into a very thin slit-shaped carbon tape 1.6 m thick and 14 m wide. Better crystalline orientation of the carbon tape always provided a Bacon anisotropic factor higher by 2% than that of the circular carbon fibre prepared from the same pitch. Excellent mechanical properties of the present carbon tape were obtained. Factors influencing the shape and orientation of the carbon tape were examined in terms of properties of mesophase pitches, spinning temperature, and the extent and strain of stabilization.     

前驱体对炭泡沫孔结构的影响

分别以煤沥青、石油中间相沥青和AR沥青为前驱体制备炭泡沫材料。采用GPC测定前驱体分子量,SEM观察所制炭泡沫的孔结构,光学显微镜测量所制炭泡沫的孔径及其分布。结果发现,由于煤焦油沥青不含中间相,且QI含量较高,导致在实验条件下不能直接制备出合格的炭泡沫。以石油中间相沥青和AR沥青为原料均能制备出具有分布均匀开孔结构,且微观各向异性的炭泡沫。由AR沥青制备的炭泡沫呈现平均孔径较小(212μm)、孔壁较薄、孔径分布较窄(180μm~300μm)、开孔率较高、以及韧带排列较规整等特点,表明低QI含量、低分子量且分布较窄的前驱体有利于发泡。