新型碳泡沫的制備及其結(jié)構(gòu)、性能研究.pdf

1、新型高性能瀝青基碳泡沫最早由美國橡樹嶺國家實驗室利用中間相瀝青為原料制備的，由于其低密度、高熱導(dǎo)率的特點，被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。如高溫?zé)崛莶牧?、多孔電極、催化劑載體、過濾器、支架材料等。在瀝青基碳泡沫與同類材料相比具有清晰優(yōu)勢的同時，其自身的一些特性仍需進一步改進，以適應(yīng)更大范圍的應(yīng)用需求。在國外，對碳泡沫的研究已經(jīng)很多，主要包括其微觀結(jié)構(gòu)、機械性能及熱性能的研究；而國內(nèi)在這方面的研究還不多。 中間相瀝青的制備主要有以下制備工序

2、：通過加熱，在惰性氣體條件下熱解煤焦油基瀝青，得到中間相瀝青，而后在高溫高壓反應(yīng)釜中發(fā)泡，利用碳化爐進行碳化處理，以及最后進行高溫石墨化處理。本文著重探討了中間相瀝青基碳泡沫的制備及結(jié)構(gòu)、性能研究，以及通過改變反應(yīng)參數(shù)來討論和決定最優(yōu)化的反應(yīng)工藝。 首先，本文通過SEM、X射線衍射、孔隙率測試，熱導(dǎo)率測試和力學(xué)性能測試等測試手段，討論了保溫時間，成形壓力和不同階段的熱處理工藝對泡沫形態(tài)結(jié)構(gòu)和力學(xué)、導(dǎo)熱性能的影響。同時探討了泡沫孔

3、隙率和力學(xué)性能之間的關(guān)系。通過一系列的實驗和測試，本研究收集總結(jié)了大量決定泡沫性能的制備工藝參數(shù)，并進一步掌握了通過控制實驗中的不同參數(shù)制備不同性能碳泡沫的方法。 其次，本實驗在原有工藝的基礎(chǔ)上通過添加天然鱗片石墨以及碳纖維來改性中間相瀝青基碳泡沫。天然鱗片石墨對于碳泡沫的力學(xué)增強、導(dǎo)熱性能增加和泡沫孔洞形態(tài)改變作用十分顯著。當(dāng)石墨添加量分別為2％，5％和8％時，泡沫的抗壓強度也相應(yīng)地從3.7MPa增至9.3MPa，12.5MP

4、a，和10.8MPa。同時在石墨片層結(jié)構(gòu)優(yōu)良導(dǎo)熱性能的作用下，碳泡沫的導(dǎo)熱率也從70W/m．K增加到110W/m．K。同時，利用碳纖維高強度、高比模量、優(yōu)異的熱物理性能、化學(xué)穩(wěn)定性、阻尼減震降噪性等優(yōu)良性能，選擇適當(dāng)?shù)谋壤c中間相瀝青均勻混合后進行發(fā)泡，可以控制發(fā)泡產(chǎn)生的泡沫的孔洞形態(tài)，并且對其力學(xué)性能進行增強，可使改性后的復(fù)合碳材料抗壓強度達到12.79MPa。 最后，本文也對影響泡沫孔洞結(jié)構(gòu)形態(tài)，孔洞大小和決定泡沫導(dǎo)熱率的因