中間相炭微球自燒結(jié)制備炭石墨材料的工藝與性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、中間相炭微球(Mesocarbon Microbeads,MCMBs)是一種制備高強(qiáng)高密炭石墨材料的優(yōu)秀先驅(qū)體,具有良好的自粘結(jié)性和自燒結(jié)性,因此,將 MCMBs作為原料制備炭石墨材料,可以省去傳統(tǒng)制備工藝中的粘結(jié)劑添加、混捏、過篩和反復(fù)浸漬等工藝,從而極大地降低了生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性,縮短了制備周期。此外, MCMBs還具有熱穩(wěn)定性好、球形度高、平均粒徑小和揮發(fā)份少等優(yōu)點(diǎn),這使得其制備的炭石墨材料的致密性和彎曲強(qiáng)度均優(yōu)于傳統(tǒng)炭石墨材料。本

2、文主要以市售的低粘接劑含量的 MCMBs(β樹脂含量小于1wt%)為原料,研究了混捏造粒、粉末粒徑、模壓成型方法、模壓成型壓強(qiáng)和炭化升溫速度等因素對炭石墨材料的成型性、燒成性、致密性、彎曲強(qiáng)度和微觀形貌的影響;通過液相分散法、濕法球磨法和溶液混合法等摻雜工藝分別將SiC晶須(SiC whiskers,SiCw)、碳納米管(Carbon Nanotubes,CNTs)、短切碳纖維(Short Carbon Fibers, Cf)、聚丙烯腈

3、預(yù)氧化絲(Polyacrylonitrile Preoxidized Fiber,PCf)和聚碳硅烷(Polycarbosilane, PCS)摻入MCMBs中制備了各類摻雜型炭石墨材料,研究了摻雜工藝、摻雜介質(zhì)種類和摻雜含量對復(fù)合材料性能及微觀形貌的影響。
  實(shí)驗(yàn)研究了 MCMBs自燒結(jié)制備炭石墨材料的成型工藝及性能,結(jié)果表明:低β樹脂的 MCMBs采用一步單向模壓成型工藝難以制備出完整的生坯;采用混捏造粒工藝提高了 MCMB

4、s的模壓成型性和坯體的燒成性,但是混捏造粒工藝使得制品內(nèi)部出現(xiàn)了分布不均勻的長裂紋和大孔隙,顯著降低了炭石墨材料的彎曲強(qiáng)度;采用一步等靜壓工藝可以實(shí)現(xiàn)坯體的成型,且材料中孔隙分布均勻性較好,所制備的生坯在1200℃燒結(jié)后的體積密度為1.82g/cm3,彎曲強(qiáng)度為75.4MPa,開孔率為10.8vol%;通過改進(jìn)的兩步冷等靜壓成型工藝進(jìn)一步提高了生坯的致密性,生坯在1200℃炭化燒結(jié)后體積密度達(dá)到了1.84g/cm3,彎曲強(qiáng)度提高到了81

5、.7MPa,開孔率降低至3.14vol%,而且炭材料經(jīng)2700℃石墨化處理后密度達(dá)1.92g/cm3,彎曲強(qiáng)度達(dá)到58.8MPa,開孔率為4.29vol%。以平均粒徑約為5μm的低β樹脂含量生球微粉為原料,采用改進(jìn)的兩步冷等靜壓成型工藝和緩慢的炭化燒結(jié)速度燒結(jié)所制備的石墨材料體積密度為1.92g/cm3,開孔率為1.61vol%,彎曲強(qiáng)度為76.1MPa。
  實(shí)驗(yàn)研究了各類摻雜型炭石墨材料的成型工藝和性能,結(jié)果表明:采用先液相分

6、散后濕法球磨的方法進(jìn)行摻雜后,摻雜材料的分散均勻性較單純采用液相分散法有明顯地提高,但是濕法球磨會(huì)造成 MCMBs的嚴(yán)重破碎,進(jìn)而降低生坯的燒成性;CNTs摻雜型炭石墨材料內(nèi)部孔隙尺寸小且分布均勻,但是CNTs具有顯著的團(tuán)聚現(xiàn)象,在摻雜含量為2~10wt%時(shí),隨著 CNTs摻雜含量的增加,摻雜型石墨材料的體積密度降低,彎曲強(qiáng)度和電阻率增大;SiCw較CNTs易于均勻分散,但是SiCw和基體材料的化學(xué)相容性差,容易沿SiCw表面產(chǎn)生孔隙,

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