两种沥青炭微观结构和性能的对比研究

将高温煤沥青和浸溃荆沥青在92MPa下炭化，在2500℃下对所得沥青炭进行石墨化处理；测试了所得沥青炭的体积密度、开孔率、比表面积（SBET）；利用扫描电子显微镜（SEM）观察了所得沥青炭的显微结构；利用X射线衍射方法（XRD）检测了所得沥青炭石墨化处理后的石墨化度；测试了所得沥青炭的氧化性能；测试了沥青炭试样的比热容、导热系数、热扩散率和线膨胀系数。结果表明：在92MPa下，两种沥青炭有着相近的密度和开孔率；浸渍剂沥青炭的SBEt高于高温煤沥青炭；浸渍荆沥青炭为流线型结构，高温煤沥青炭为镶嵌型和域型并存的结构；流线型结构沥青炭石墨化度较高；高温煤沥青炭的抗氧化性能要好于浸溃荆沥青炭；随着沥青炭石墨化程度的增大，比热客、导热系数、热扩散率都增大，而线膨胀系数减小。     

不同炭基体对炭/炭复合材料力学性能的影响

结合化学气相沉积（CVD）和前驱体浸渍裂解工艺,分别以丙烯、糠酮树脂和煤沥青为前驱体制备了密度在1.85g/cm3以上的三维炭/炭（C/C）复合材料,对比研究了沥青炭、热解炭+沥青炭以及热解炭+树脂炭结构（分别为A、B、C组）的等三种不同炭基体C/C复合材料的增密效率与力学性能,采用排水法表征C/C复合材料的孔隙率及密度,利用扫描电镜进行炭基体的微观结构表征,采用万用电子力学试验机进行拉伸强度、压缩强度、剪切强度等力学性能表征。结果表明,在热解炭质量含量相同的前提下,树脂浸渍裂解增密速率低于沥青浸渍裂解工艺,树脂炭基体孔隙率低于沥青炭基体。不同炭基体结构的C/C复合材料力学性能次序为：热解炭+树脂炭双元炭基体最高,纯沥青炭基体次之,热解炭+沥青炭双元炭基体最低,分析原因为热解炭与树脂炭双元炭基体的界面结合强度高,而沥青炭为混乱无序碳结构,热解炭和沥青炭双元炭基体界面结合强度弱,因此力学强度最低。     

不同炭化压力下沥青炭结构特性的研究

将高温煤沥青和浸渍剂沥青在不同压力下炭化，在2500℃下对所得沥青炭进行石墨化处理；测试了所得沥青炭的体积密度、开孔率；利用扫描电子显微镜（SEM）观察了所得沥青炭的显微结构；利用XRD检测了不同炭化压力所得沥青炭石墨化处理后的石墨化度。结果表明：随着炭化压力的增大．沥青炭的体积密度增大而开孔率减小；随着炭化压力的增大沥青炭显微结构有从流线型向镶嵌型和域型转变的趋势：流线型结构沥青炭石墨化度较高；沥青中QI组分也会影响沥青炭的显微结构。     

基体炭种类对C/C复合材料电导率的影响分析

使用炭毡为增强体分别制备了热解炭基、树脂炭基、沥青炭基和热解炭/树脂炭双基体、树脂炭/沥青炭双基体C/C复合材料,比较研究了复合材料的电导率与不同先驱体含量的关系。结果表明,不同前驱体C/C复合材料电导率有较大的差异,热解炭基C/C复合材料的电导率是沥青炭基C/C复合材料和树脂炭基C/C复合材料电导率近3倍,热解炭和沥青炭双基体C/C复合材料的电导率符合简单并联混合法则,树脂炭和沥青炭双基体C/C复合材料的电导率随树脂炭质量分数的增加而减小。     

炭基体结构状态对C/C复合材料抗烧蚀性能的影响

碳基体在C／C复合材料的组成中占有很大的比重，因此炭基体不同的结构状态往往对C／C复合材料的各项性能有显著的影响。本文利用不同的原料和加工工艺制备出了三种具有不同炭基体的C／C复合材料，这三种碳基体分别是热解炭，沥青炭以及解热炭－树脂炭混合炭基体。对这三种材料多项性能的测试结果表明，炭基体的结构状态如石墨化度，炭片层结构的取向度的不同对C／C复合材料的各项性能均有显著的影响；基本趋势是C／C材料的石墨化度越高，材料的导电性能，导热性能以及抗烧蚀性能越好，压缩强度越低。三种炭基体中沥青炭基体沿纤维轴向的取向度最低，其抗烧蚀性能最差。     

热解炭的微观结构及其测试方法

主要介绍了利用正交偏光显微镜（PLM）、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和喇曼光谱（RS）等测试方法,对采用化学气相沉积（CVD）法制备的C/C复合材料的热解炭的表面微观形貌、沉积炭层间距d002、微晶尺寸Lc及其石墨化度等参数进行表征和测量,从而判断沉积的热解炭的织构类型（光滑层、粗糙层和各向同性炭）,并且分析了上述各种测试手段的优缺点。     

热解炭结构对C/C复合材料热物理性能影响

炭布叠层为预制体，采用等温CVI工艺制备出炭/炭（C/C）复合材料。通过调节丙烯与氢气的比例得到热解炭结构分别为粗糙层（RL），光滑层（SL），各向同性（ISO）的三种C/C复合材料，研究了热解炭组织结构对C/C复合材料热导率的影响，讨论了C/C复合材料的导热机理。结果表明：RL织构C/C复合材料的热导率无论是在平行方向还是在垂直方向上都明显高于SL和ISO织构C/C复合材料，在两个方向上，RL织构C/C复合材料的最大热导率比SL织构C/C复合材料分别大41.0%和31.7%，是ISO织构C/C复合材料的2倍多，且3种C/C复合材料的热导率随温度的升高呈现不同的变化趋势。     

锂离子电池负极硬炭／沥青复合材料的性能研究

通过高温固相法在硬炭表面包覆沥青热解炭,制备锂离子电池负极材料。SEM测试显示,硬炭包覆上沥青热解炭后表面形貌发生了明显变化。由例得到,硬炭表面包覆的沥青热解炭的平均厚度为300nm。当硬炭表面包覆上沥青热解炭后（硬炭与沥青的质量比为2：1）,首次库仑效率由55％提高到70％,可逆容量也有所提高。研究发现,硬炭在高倍率下的容量和循环稳定性比石墨好。     

热解炭的化学气相沉积机理和组织形貌

以石油液化气作为沉积气体，在900～1300℃温度内研究热解炭在炭纤维上的沉积机理及组织形貌。研究发现：热解炭在纤维表面上通过形核、长大，大晶粒吞并小晶粒的过程，形成宏观上均匀平整而微观上呈球状突起的表面形貌。热解炭以层状微晶(主导)和球状微晶(辅助)两种模式同时生长，最终得到层状结构。在微观上热解炭由若干个的炭层组成，每一层的炭层内含有若干小的并与微晶尺寸相当的亚层。热解炭中的微晶排列不规整，层状和球状微晶均可通过位置的移动调整和脱氢来优化结构。     

化学气相沉积(CVD)炭/碳复合材料(C/C)研究现状

主要介绍了炭／炭复合材料（C／C）的化学气相沉积（CVD0制备方法及其影响因素，以及热解炭的组织与沉积机理。概括了VCD的基本方法，如等温法、压差法、热梯度法等。分析了温度、气流速率、气体浓度、预制体及孔隙的形状大小状况等对CVD过程的影响。列举了热解炭的组织，包括光滑层、粗糙层、各向同性体碳以及它们的变体，并对其生长特征及性能进行了较详细的描述。综述了热解炭的沉积机理，典型的有分子沉积、固态沉积、液滴沉积机理等。     

树脂包覆对石墨化中间相沥青炭微球电化学性能的影响

以中间相沥青炭微球(SSGMCMB)为核、酚醛树脂(PR)热解炭为壳，采用浸渍一固化一炭化手段制备出树脂热解炭包覆SSGMCMB复合材料，并对其电化学性能进行了研究。通过SEM、XRD、恒电流充放电测试等手段研究了不同树脂包覆量对该复合材料的形态、结构及其电化学行为的影响，结果表明：树脂热解炭对SSGMCMB有较好的包覆作用，保持了SSGMCMB的球形形态，有利于锂离子的嵌入／脱出反应，对其电化学性能有一定的提高，改进了酚醛树脂热解炭有较大电压滞后的问题。     

热解炭基C／C复合材料研究进展

综述了热解炭的研究现状,包括热解炭的组织结构、生成条件,以及热解炭沉积机理。并简要介绍了目前热解炭基体致密研究中存在的一些问题和发展方向。     

炭/炭复合材料化学液气相沉积致密化技术研究

介绍了炭/炭复合材料化学液气相沉积工艺的基本原理.化学液气相沉积工艺与热梯度化学气相沉积工艺在本质上是相同的,不同之处是化学液气相沉积用液态烃作前驱体,提高了原料的利用率,加快热解炭沉积的速率.研究了不同沉积温度对炭/炭复合材料微观组织结构的影响.采用偏光显微镜观察了材料的粗糙层、光滑层热解炭微观组织结构.研究发现用环己烷作前驱体当沉积温度为1 100℃时可以得到粗糙层结构的热解炭.     

化学气相沉积致密针刺C/C复合材料的结构及力学性能研究

以T300炭纤维无纬布、网胎为原材料,层叠针刺成型炭纤维预制体,并采用化学气相沉积工艺对预制体进行致密,制成密度为1.55 g/cm3的针刺C/C复合材料。对针刺C/C复合材料的微观结构进行了观察分析,并对材料力学性能进行了测试。结果表明:化学气相沉积致密的针刺C/C复合材料呈现出以层间大量垂直纤维束为节点的类钉板状网状结构,这种特殊结构使材料层间结合更好,材料整个结构更加紧密;针刺C/C复合材料内部纤维被沉积形成的热解炭所包裹,热解炭的织构类型为光滑层(SL)和粗糙层(RL)并存;针刺C/C复合材料的各项力学性能均达到了较高水平,并且高温力学性能比常温力学性能有了很大幅度的提高。     

影响C／C复合材料中热解炭结构的工艺因素

热解炭结构是影响C／C复合材料性能的重要因素,通过工艺条件的控制可以得到理想的热解炭结构,文章综述了影响C／C复合材料中热解炭结构的几类工艺因素,并对其作用机理进行阐述。     

煤沥青基微晶炭的制备及其储锂性能

以工业副产物煤沥青（coal tar pitch, CTP）为原料,采用高温炭化法制备煤沥青基微晶炭,利用XRD、Raman光谱、SEM、TEM和XPS等手段对其微观结构和表面化学性质进行表征,并探究微晶炭用作锂离子电池负极材料的储锂特性。结果表明,煤沥青经不同温度（800~1100℃）炭化处理后可制备出石墨微晶和无定形炭共存的微晶炭。炭化温度是影响煤沥青基微晶炭的微晶片层、纳米孔道和结构缺陷等微观结构特征和表面化学性质的重要因素。当炭化温度为800℃时,煤沥青基微晶炭CTP-800具有较为有序的石墨微晶片层和丰富的纳米孔道、结构缺陷等无定形炭,且两者有机结合,相互镶嵌,构筑成三维网络结构,同时炭基体表面含有适量氧/氮官能团。该微晶炭用作锂离子电池负极材料时具有优异的储锂特性,在50mA/g电流密度下可逆容量可达305mA·h/g,1000mA/g大电流密度下仍可维持在174mA·h/g,经100次循环后可逆容量保持率超过99.0%,显示出良好的倍率性能和优异的循环稳定性,是一种较为理想的锂离子电池负极材料。煤沥青基微晶炭 CTP-800优异的储锂特性与其炭基体中含有石墨微晶片层与纳米孔道、结构缺陷等无定形炭和炭表面富含氧/氮官能团等因素密切相关。     

ZSM-5改性酚醛树脂基多孔炭膜的微观结构研究

以ZSM-5掺杂改性酚醛树脂为前驱体,经成型和900℃热解制备了多孔炭膜。采用热失重分析、扫描电镜、X射线衍射、红外光谱与泡压法等表征手段分别对前驱体热稳定性、炭膜表观形貌、晶体结构、表面官能团与孔隙结构进行了表征。考察了ZSM-5用量对前驱体热稳定性、炭膜孔径、孔隙率的影响。结果表明,经ZSM-5改性后前驱体膜残炭量显著提高;热解后ZSM-5结构保留完好,其会促进酚醛树脂的热分解同时阻碍炭结构的热缩聚重排,有利于形成更多小孔径孔隙结构的乱层炭结构。     

ZSM-5改性酚醛树脂基多孔炭膜的微观结构研究

以ZSM-5掺杂改性酚醛树脂为前驱体,经成型和900℃热解制备了多孔炭膜。采用热失重分析、扫描电镜、X射线衍射、红外光谱与泡压法等表征手段分别对前驱体热稳定性、炭膜表观形貌、晶体结构、表面官能团与孔隙结构进行了表征。考察了ZSM-5用量对前驱体热稳定性、炭膜孔径、孔隙率的影响。结果表明,经ZSM-5改性后前驱体膜残炭量显著提高;热解后ZSM-5结构保留完好,其会促进酚醛树脂的热分解同时阻碍炭结构的热缩聚重排,有利于形成更多小孔径孔隙结构的乱层炭结构。     

以环己烷为前驱体制备炭/炭复合材料

以环己烷为前驱体利用化学液气相沉积工艺,采用针刺炭纤维毡为预制体,制备了具有光滑层和粗糙层结构的炭/炭复合材料。利用金相显微镜、高分辨扫描电子显微镜进行了材料的微观组织结构的分析,分析了在不同位置不同织构热解炭的形成机理。同时阐述了化学液气相沉积工艺原理。实验结果表明,通过调整工艺参数,利用化学液气相沉积工艺可以制备具有不同微观组织结构的炭/炭复合材料。     

液相气化快速致密化工艺研究

对一种新型快速炭／炭复合材料制备工艺－－液相气化快速致密化工艺进行了初步探索。研究表明，采用该工艺，致密化效率可以得到快速提高，数小时内制得密度达1．7g/cm^3以上的炭／炭复合材料，致密速率 达到37g/h。偏光显微镜观察表明，试样中热解炭具有较高的光学活性；束内小孔隙热解炭，绝大多数为光学各向异性组织，但具体归属粗糙组织（RL）还是光滑组织（SL），很难定论；束间大孔隙内的热解炭具有明显的锥状生长结构，是较典型的RL组织；在偏光显微镜下没有观察到试样中有炭黑出现。