由中间相沥青制备泡沫炭:Fe(NO3)3的影响

以中间相沥青为前驱体制备高性能泡沫炭，在考察中间相沥青、Fe（NO3）3及其混合物热分解行为的基础上，着重研究了Fe（NO3）3对制备中间相沥青基泡沫炭的影响，揭示了Fe（NO3）3对泡沫炭孔泡结构的影响规律及其作用机制，初步研究了在泡沫炭炭化过程中形成的Fe／C之物相结构及其石墨化行为。结果表明，在不同的炭化温度下，Fe在泡沫炭中的存在形态各异；Fe物种的存在有利于提高泡沫炭的石墨化程度。     

发泡温度对炭泡沫结构及性能的影响

以AR中间相沥青为原料,采用中间相沥青自发泡法在初始发泡压力为3MPa、发泡温度在390～450℃范围内制备了4种炭泡沫。利用SEM观察了炭泡沫的孔隙结构,并测定了其体积密度、抗压强度和导热系数,考察了发泡温度对炭泡沫结构及性能的影响。结果表明,采用较低的发泡温度(430℃)可以消除大的孔隙缺陷;当发泡温度为410℃时,炭泡沫导热系数最高,为0.256W/(m·K)。     

CVD PyC对炭泡沫结构及性能的影响

以AR中间相沥青为原料,采用中间相沥青自发泡法在发泡压力为0.1、3.0MPa,发泡温度为450℃的条件下制备了两种不同体积密度的炭泡沫CF-1和CF-2.将CF-1经过10h和70h化学气相沉积热解炭(CVDPyC)处理后得到炭泡沫CF-1-PC1和CF-1-PC2.测定了炭泡沫的抗压强度和导热系数,利用SEM和光学显微镜观察了炭泡沫的孔结构,考察了CVD PyC对炭泡沫结构及性能的影响.研究结果表明,CVD PyC处理可以增加炭泡沫韧带宽度,封填孔壁微裂纹;沥青炭和热解炭之间无明显界面,结合良好;经过CVD PyC处理后得到的CF-1-PC1和CF-1-PC2的体积密度、抗压强度、导热系数分别为, 0.196g·cm-3、1.89MPa、0.314W·m-1·K-1和0.461g·cm-3、11.93MPa、1.581W·m-1·K-1.     

高密度石墨泡沫及其石蜡复合材料的热物理性能(英文)

以中间相沥青和添加中间相炭微球的沥青为原料,调整发泡压力和发泡温度制备沥青泡沫,经1273K炭化和2973K石墨化,制备了高密度石墨泡沫。为了进一步提高石墨泡沫的密度,采用573 K的沥青反复浸渍炭化未添加中间相炭微球的沥青在1273K下所制的泡沫炭,再经2973K石墨化获得增密度后的石墨泡沫。而后制备了相应石墨泡沫/石蜡复合材料。研究了石墨泡沫热物理性能的影响因素和石墨泡沫/石蜡复合材料的热行为。研究表明:沥青组分、发泡温度和发泡压力决定了石墨泡沫的结构和热物理性能,而石墨泡沫的热导率决定了复合材料的热行为。与石蜡相比,石墨泡沫/石蜡复合材料的热扩散系数提高了768至1588倍。石墨泡沫/石蜡复合材料的潜热与石蜡的质量分数成正比。该复合材料是快速响应电子散热材料的良好选择。     

中间相沥青基泡沫炭的制备与结构表征

将石油系中间相沥青利用限定尺寸法发泡后获得了泡沫炭,泡沫炭再经氧化、炭化和石墨化处理获得了具有良好孔结构的泡沫炭.利用SEM和XRD分析了泡沫炭的形态和结构.发现调整发泡模具中的自由空间可以控制泡沫炭的孔径;炭化和石墨化后泡沫炭的孔径减小,孔壁片层取向接近石墨;泡沫炭的孔壁由平直孔壁和“Y”形孔壁结构成,前者内部片层取向优于后者.大孔径泡沫炭的孔壁具有更紧密的内部分子排列,但其微晶尺寸较小.     

石墨化碳泡沫导热性能研究

以煤焦油基沥青为原料,在420～450℃的范围内热解制备中间相沥青,用所制得的沥青在6～8MPa的压力下升温发泡,保温一段时间,然后再经过碳化和石墨化制得一种性能优良的导热材料--碳泡沫,其导热系数最高可以达到110W/(m·K).讨论了沥青中间相含量、发泡时的压力、保温时间、升温速率对泡沫导热性能的影响:随着中间相沥青含量的增加,所制备的碳泡沫的导热系数明显提高,中间相由0%提高到100%时,导热系数由77.5W/(m·K)上升到110W/(m·K);发泡时保温时间的影响相对于成型压力更为明显,保温时间从1h提高到4h,导热系数会由85 W/(m·K)上升到100W/(m·K);发泡的压力对导热系数的影响不是很明显.     

前驱体对炭泡沫孔结构的影响

分别以煤沥青、石油中间相沥青和AR沥青为前驱体制备炭泡沫材料。采用GPC测定前驱体分子量,SEM观察所制炭泡沫的孔结构,光学显微镜测量所制炭泡沫的孔径及其分布。结果发现,由于煤焦油沥青不含中间相,且QI含量较高,导致在实验条件下不能直接制备出合格的炭泡沫。以石油中间相沥青和AR沥青为原料均能制备出具有分布均匀开孔结构,且微观各向异性的炭泡沫。由AR沥青制备的炭泡沫呈现平均孔径较小(212μm)、孔壁较薄、孔径分布较窄(180μm~300μm)、开孔率较高、以及韧带排列较规整等特点,表明低QI含量、低分子量且分布较窄的前驱体有利于发泡。     

新型轻质碳基泡沫材料研制

采用中间相沥青和原煤为碳源和发泡材料,硅粉为硅源,通过发泡、炭化和石墨化分别制备了高导热沥青基炭泡沫体、煤基炭泡沫体和碳化硅泡沫.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了样品的微观结构,测定了样品的部分力学和热学性能.分析结果表明所制备样品性能达到了国外商业化产品的水平.     

基于分形理论的碳泡沫有效导热系数研究

以煤焦油基中间相沥青为原料，在一定的温度和压力条件下升温发泡，然后再经碳化、石墨化便可以制得一种高导热系数的多孔材料——碳泡沫。应用分形理论讨论了这种新型多孔材料的导热特性，推导出了碳泡沫的面积分形维数，并在此基础上建立了石墨化碳泡沫材料的导热模型，采用热阻法导出了石墨化碳泡沫材料的等效导热系数的关系式，计算出了碳泡沫的有效导热系数，计算结果与碳泡沫样品的实测值基本一致，这种方法为更好地利用其优良的导热性能提供了理论基础。     

一维高导热C/C复合材料的制备研究

以三种沥青作为基体前驱体, 实验室自制的AR中间相沥青基纤维为增强体, 通过500℃热压成型, 随后经炭化和石墨化处理制备出一维炭/炭(C/C)复合材料。研究了前驱体沥青种类和热处理温度对复合材料导热性能的影响, 并采用扫描电子显微镜和偏光显微镜对其石墨化样品的形貌和微观结构进行表征。结果表明; C/C复合材料在沿纤维轴向的室温热扩散系数和导热率均随热处理温度的升高而逐渐增大; 由AR沥青作为基体前驱体所制备的C/C复合材料具有更加明显的沿纤维轴向取向的石墨层状结构以及最好的导热性能, 其3000℃石墨化样品沿纤维轴向的室温热扩散系数和导热率分别达到594.5 mm²/s和734.4 W/(m·K)。