酚醛樹脂炭的催化石墨化及其在C-C復(fù)合材料中的應(yīng)用.pdf

1、本文主要開展了硼、鉻、錳、鐵、鈷和鎳等六種元素對酚醛樹脂炭的催化石墨化研究,采用X射線衍射(XRD)、拉曼光譜和金相顯微觀察等多種手段對各種元素的催化效果進(jìn)行了綜合表征,并結(jié)合前人的研究成果探討了上述元素的催化機(jī)理。研究過程中發(fā)現(xiàn)了鐵元素具有低溫下的催化石墨化作用,并對鐵的低溫催化石墨化行為進(jìn)行了初步探討。在上述研究的基礎(chǔ)工作之上,選擇分別含硼、鉻和鐵三種元素的化合物作催化劑,制備出添加了催化劑的酚醛炭基C/C復(fù)合材料,根據(jù)材料的導(dǎo)電性

2、能、力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能測定結(jié)果,分析了催化劑的引入對酚醛炭基C/C復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響,探索了一條低成本制備高性能C/C復(fù)合材料的新方法。
　　 酚醛樹脂炭的催化石墨化研究結(jié)果表明,經(jīng)過1600℃以上高溫石墨化處理,實(shí)驗(yàn)所選的六種元素對酚醛樹脂炭都有不同程度的石墨化作用。硼元素能從整體上對酚醛樹脂炭進(jìn)行催化石墨化,并且石墨化效果與石墨化溫度成正變關(guān)系。鉻、錳、鉆和鎳等金屬元素對酚醛樹脂的催化石墨化效果隨著石墨化溫度的變化有

3、一定的波動。鐵元素對酚醛樹脂炭有低溫催化石墨化的效果。催化石墨化開始的溫度因鐵元素的存在形式的不同有一定的差別,二茂鐵的起始催化石墨化溫度為850℃,氯化鐵的起始催化石墨化溫度為800℃。
　　 優(yōu)化選擇了硼、鐵和鉻三種元素作催化元素,制備了相應(yīng)的酚醛炭基C/C復(fù)合材料。對比空白試樣,測定分析了材料的導(dǎo)電性能、力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,催化石墨化能大幅提高材料的導(dǎo)電性能,空白試樣的電阻率為39.441μΩ·m,與空白試

4、樣密度相當(dāng)?shù)呐鸫呋嚇雍丸F催化試樣的電阻率分別為16.82μΩ·m和19.82μΩ·m,密度較低的鉻催化試樣的電阻率為30.72μΩ·m。C/C復(fù)合材料的催化石墨化會降低材料的抗彎性能,空白試樣的抗彎強(qiáng)度為176MPa,呈脆性斷裂特征,而硼催化試樣的抗彎強(qiáng)度為115MPa,鐵催化試樣的抗彎強(qiáng)度為66MPa,鉻催化試樣的抗彎強(qiáng)度為53MPa,并且均表現(xiàn)出韌性斷裂特征。這與材料石墨化度的提高和基體炭與炭纖維的界面結(jié)合狀況有關(guān)。催化石墨化對酚