石墨化对微螺旋炭纤维热氧化动力学的影响

以乙炔为碳源,镍粉为催化剂,噻吩为助催化剂,采用化学气相沉积法制备微螺旋炭纤维;在氩气气氛中,2500℃下对所制微螺旋炭纤维进行石墨化处理.通过扫描电子显微镜观察微螺旋炭纤维的螺旋形貌和微观结构,用热重法研究微螺旋炭纤维的耐氧化性能,并探讨了微螺旋炭纤维的氧化动力学行为.结果表明:石墨化处理对微螺旋炭纤维具有显著的纯化作用,其螺旋形貌基本保持不变.微螺旋炭纤维的氧化反应较好地服从一级反应.微螺旋炭纤维石墨化前后的氧化反应活化能分别为263.004kJ/mol和297.191kJ/mol.石墨化处理明显提了微螺旋炭纤维的抗氧化性能.     

石墨化对微螺旋炭纤维形貌和微观结构的影响

采用化学气相沉积法制备微螺旋炭纤维, 在氩气气氛, 2500℃下对其进行石墨化处理. 通过扫描电镜, 激光拉曼光谱和X射线晶体衍射对石墨化前后微螺旋炭纤维的形貌与微观结构进行了研究, 并初步探讨了石墨化机理. 结果表明: 石墨化处理对微螺旋炭纤维具有显著的纯化作用, 其螺旋形貌基本保持不变. 微观结构更加规整, 微螺旋炭纤维的晶面层间距d₀₀₂(0.3626～0.3378nm)减小, 晶粒尺寸L_c(1.6404～3.8590nm)和L_a(2.04～7.21nm)增大, 石墨化程度增强.     

螺旋炭纤维的结构分析

分析了螺旋炭纤维的微观结构,发现其主要由纳米级石墨片层(nano graphite structurecell,NGSC,约为5 nm×5 nm)构成,其间夹杂着无定形碳和多层富勒烯等无序结构.由于螺旋炭纤维具有螺旋结构,其中的NGSC发生了一定的弯曲.在宏观尺度上,螺旋炭纤维表现出无序碳结构的特征.根据结构分析的结果提出了表征螺旋炭纤维的几何参数,并对不同螺旋炭纤维的螺旋角进行了比较分析.结果表明,虽然螺旋炭纤维的直径和螺距各不相同,但是其螺旋角具有一定的规律.在微观结构观察和几何构形分析的基础上提出了螺旋炭纤维的生长机理.     

高温处理对螺旋炭纤维微观拓扑结构的影响

对高温处理前后螺旋炭纤维的微观拓扑结构进行了探究与表征,结果表明,制备态螺旋炭纤维具有类似年轮状结构的近圆形横截面,在纵截面上体现为近似鲱鱼骨结构,其石墨微晶尺寸小、取向度差;高温处理后,其三维结构可理想地看作是由石墨微晶以具有锥角的多面柱体形式沿螺旋方向堆叠而成,表观上炭纤维显示为尺寸均匀的多面柱体形貌。X射线衍射和Raman散射结果从宏观量级上证明了样品微观尺度有序度得到提高。为基于结构的性能预测和应用设计提供了可靠的参考。     

微螺旋炭纤维的制备与表征

采用溶剂热法合成出硫化镍, 并将其作为催化剂, 催化热解乙炔制备出微螺旋炭纤维. 通过SEM、FT-IR和XRD分析了催化剂和微螺旋炭纤维的形貌和微观结构. 结果表明: 硫化镍催化颗粒表面光滑、为规则的六方相结构, 直径为1~2 μm; 微螺旋炭纤维具有双螺旋结构, 截面为矩形, 具有相同的螺径. 微螺旋炭纤维分子结构中既含有不饱和的C=C双键, 又含有饱和的-CH₂-和-CH₃基团, 其微观结构整体有序度较差, 存在一定量的无定型炭和晶体缺陷, 石墨化度低.     

聚丙烯腈凝胶纤维渗硼对炭纤维的石墨化过程的影响

对聚丙烯腈凝胶纤维进行渗硼处理所制炭纤维在1600～2400℃进行石墨化热处理,利用电感耦合等离子体光谱仪、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪和万能力学测试机对石墨纤维进行表征,研究了硼对其结构及性能的影响。结果表明,在石墨化温度范围内,随着温度的升高,炭纤维中的硼含量逐渐降低。硼在石墨化过程中以取代的方式进入到碳网内并在其中进行扩散,但因炭纤维中硼含量较低,其并未对微晶尺寸的生长产生影响,而明显提高了取向度,导致炭纤维的杨氏模量提高的同时,其拉升强度的降幅也显著降低。在达到相同模量的情况下,含硼炭纤维的石墨化温度可降低200℃。     

C/C复合材料结构显微激光喇曼光谱研究

采用显微激光喇曼光谱,以增强体为薄毡叠层、基体分别为粗糙层及光滑层结构热解炭的两种C/C复合材料为研究对象,分析、表征了两种材料炭结构的微观分布特征及其在石墨化过程中的变化状况。结果表明,不仅复合材料中不同组元,而且同一组元不同部位石墨微晶的完整度不同。在石墨化过程中,各自的石墨化进程及可石墨化能力存在差异:炭纤维体积含量较高的炭布层中的热解炭,与网胎层中的热解炭相比,石墨微晶的完整度较好,石墨化进程较快;在炭纤维体积含量较低的网胎层中,炭纤维及热解炭在其界面部位的石墨化进程较快;粗糙层结构热解炭比光滑层结构热解炭容易石墨化。借助激光喇曼光谱微区分析手段,有可能实现对复合材料中石墨化程度微观分布状态的调整和控制。     

热处理有机聚合物螺旋纤维制备螺旋炭纤维及其表征

在400～800℃、氩气气氛下对有机聚合物螺旋纤维进行热处理制备螺旋炭纤维,采用SEM、XRD、FT-IR和热分析等手段对其微观形貌和结构组成进行了研究。结果表明,在上述条件下热处理有机聚合物螺旋纤维,其螺旋形貌基本保持不变,而化学成分却发生了变化;随着热处理温度升高,有机螺旋纤维逐渐转变为以石墨结构为主的螺旋炭纤维。     

热处理温度对PAN基炭纤维结构的影响

利用SEM观察了3种PAN基炭纤维（TX－63、T300、T700）热处理前和经不同温度热处理后的表面形貌，并测试了其石墨化度、Lc和d002值，以研究热处理温度对炭纤维表面和内部微观结构的影响。结果表明：TX－3、T300炭纤维表面本身有不规则沟槽、凸起和缺陷等，T700炭纤维表面比较圆滑，随着热处理温度升高，PAN基炭纤维的表面形貌发生明显的变化，尤其是2700℃处理后炭纤维表面的褶皱相对较浅而小；石墨化度与Lc随热处理温度升高而增大，d002值则呈减小趋势，说明热处理温度对炭纤维的表面和内部结构有显著影响。     

炭纤维中微孔在模拟复合材料石墨化过程中的演变(英文)

将聚丙烯腈基炭纤维在石墨化炉中维持定长加热,以模拟炭/炭复合材料制备过程中炭纤维结构的变化,并采用小角X射线散射(SAXS)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)检测石墨化过程中的结构演变。随着温度的提高炭纤维中微孔的平均回转半径、长度、宽度、截面积和体积分数呈现先减小后增大的趋势,并在约2300℃出现极小值。炭纤维中孔隙尺寸的变化与炭层片的活动性密切相关。炭层的缩合和有序化导致孔隙率的减小,而炭层在更高温的簇状化导致孔隙尺寸的增大。     

高频感应加热制备PAN基高模量炭纤维的研究

采用高频感应快速加热连续石墨化装置，制备ＰＡＮ基高模量炭纤维（ＨＭＣＦ）。结果表明，此法可以制备高模量炭纤维。当原料纤维抗拉强度在３．５ＧＰａ，模量在２３０ＧＰａ以下时，采用石墨化温度为２６００℃，可以得到与由传统石墨化炉相类似的结果。并对炭纤维的力学性能和结构参数进行了研究。     

热处理温度对聚酰亚胺基炭纤维结构性能影响

以聚酰亚胺(PI)纤维为前驱体,经800~2800℃连续高温处理,制备出不同性能的聚酰亚胺基炭(石墨)纤维。采用元素分析、SEM、HR-TEM、Raman、纤维强力仪、电阻率仪等分析手段研究热处理温度对炭纤维(CF)元素含量、结构形貌、力学性能、传导性能等方面的影响。结果表明,随着热处理温度的升高,聚酰亚胺基炭纤维中碳含量从78.97%(800℃)提高到99.72%(2 800℃),非碳原子含量降低;聚酰亚胺基炭纤维表面缺陷数目增加且尺寸增大。同时,纤维的微观结构也从二维乱层石墨结构向有序的三维层状结构发展,表现为石墨化程度的提高及石墨微晶尺寸的增大;炭纤维拉伸强度先增加后降低,最大拉伸强度924.4 MPa,断裂伸长率降低,电阻率减小,热导率增加,2 800℃石墨化处理后纤维热导率为228.4 W·m-1·K-1,是800℃处理后的50.4倍。     

我国第一台 TS-1型炭纤维连续石墨化炉研制成功

冶金工业部为了积极开发用于航天、航空和机械制造工业等部门的新材料——石墨纤维制品,于1982年下达了“宇航铝合金复合材料用石墨纤维”的研究课题,由吉林炭素厂和东北工学院合作对炭纤维石墨化及其专用设备进行研制。经过三年来的实验表明:研制的TS-1型炭纤维石墨化炉,采用国产炭纤维为原料,生产的强度为 160 kg/mm2,弹性膜量为28T/mm2的石墨纤维是成功的。为此,由冶金工业部军工办主持,于1985年 8月 5日到 8月7日在吉林省白河召开了石墨纤维及炭纤维石墨化炉鉴定会。参加会议的有来自中国科学院的研究员、副研究员,航天部、兵器部及机…     

高温处理对中间相沥青基炭纤维结构与热导率的影响（英文）

采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱仪(Raman)及X射线衍射仪(XRD)考察了中间相沥青基炭纤维在不同热处理温度下的结构及形貌变化,并采用3ω法对经不同温度处理后的纤维热导率进行了表征。结果表明,中间相沥青基炭纤维的石墨化度与热导率随着热处理温度的升高而增大,经3000℃处理后纤维的热导率最高可达518W/m·K。此外,还探讨了中间相沥青基炭纤维结构、热导率及热处理温度之间的相互关系,发现中间相沥青炭纤维的石墨化过程存在3个阶段,在不同温度区间内分别对应石墨微晶的生长和取向。     

利用感应加热技术进行炭纤维连续石墨化

采用感应加热技术研制出炭纤维连续高温热处理专用设备石墨化炉，最高使用温度3000℃。对PAN基炭纤维T300进行了连续石墨化处理，热处理温度为2000℃～3000℃，制备出力学性能相当于日本东丽公司M40的石墨纤维，验证了该设备的技术可行性。考察了热处理温度对炭纤维力学性能、密度和直径的影响，用SEM观察了石墨化前后炭纤维表面微观形态的变化。结果表明：随热处理温度的提高，炭纤维的密度增大、直径减小，弹性模量升高，而抗拉强度下降。经3000℃高温热处理后，纤维的弹性模量高达450GPa。     

螺旋炭纤维的微观结构与储能特性

采用扫描电镜、激光Raman光谱、X射线衍射(XRD)、热失重分析(TG)、低温氮吸附等研究手段,以平直炭纤维为参照,对比研究了碳氢化合物催化分解法制备的螺旋型炭纤维的微观结构特征。实验结果表明：整体上,螺旋炭纤维的微观结构要比平直炭纤维的结构更加无序;但螺旋炭纤维的外层结构较为有序与中孔分布广、孔容低的平直炭纤维不同,螺旋炭纤维的中孔主要分布在3nm～4nm范围内．且有着较高的孔容,其比表面积几乎足平直碳纤维的10倍。这些结构特性使得螺旋炭纤维在抗氧化性、储氨、电化学电容等方面都体现出超越平直炭纤维的优势和应用潜力。     

硅化处理对炭纤维石墨化度的影响

对炭纤维在真空炉中进行2100℃硅化处理.用SEM分析了炭纤维在硅化处理前后表面形貌的变化,利用能谱测定了其硅化处理后的成分变化并加以分析,用X射线衍射分析了热处理和硅化处理后的炭纤维石墨化度的变化.结果表明:处理后的炭纤维出现富C的SiC表层,内部为含有SiC的C芯,并伴随有类球状SiC颗粒的形成.沿炭纤维径向分布的SiC含量呈现梯度分布,其芯部的SiC含量为2.46%(质量分数,下同),靠近表层的SiC含量增加到7.53%,表面的SiC含量达到13.25%;纤维表面的类球状颗粒为含C的SiC颗粒,其中SiC的含量为30.55%.在2100℃热处理的炭纤维石墨化度几乎为0,而在2100℃硅化处理的炭纤维石墨化度高达48.5%.     

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)。     

锂离子电池负极用纤维状炭材料

纤维状炭材料有各种尺度和形貌,由于成本和性能缺乏竞争力,制约其在锂离子电池负极材料中的应用。随着纳米技术的发展,一些改性后的新型炭纤维表现出良好的负极材料性能。文章综述了近年各种纤维状炭材料用作锂离子电池负极材料的国内外研究进展。依据纤维状炭材料的结构、性能及其研究思路,分别归纳了石墨纤维、炭纤维及具有各种微观结构的炭纳米纤维作为负极材料的电化学性能及应用前景。结果表明,纤维状炭材料作为锂离子电池负极材料的研究,经历了从石墨化炭纤维到非石墨化炭纤维,从微米级直径到纳米级直径,从注重研究工艺参数到注重研究和设计微观结构的过程。从提高容量和倍率性能的潜力及成本和可工业化角度考虑,纤维状炭材料极有可能是未来炭负极材料的重要选择。     

炭纤维增强石墨电阻发热体

炭纤维增强石墨电阻发热体专利权限炭纤维增强石墨电阻发热体，其特征：把长度为０．０５～１ｍｍ的炭纤维、石墨纤维或两者的混合纤维，粉末状碳材料及粘结剂混合在一起，然后成型、焙烧和石墨化，炭纤维含量在１～５％（重量）之间。专利的详细说明本专利是关于炭纤维增...