CC復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的比較研究.pdf

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1、第34卷第4期煤炭轉(zhuǎn)化Vol。34No．42011年1O月C0ALC0NVERSION0ct．2O11c／c復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的比較研究王連星D李鳳仙"周曉龍金鳴林。’陳麒忠’摘要選擇了三種不同基體炭為主體，經(jīng)成型、炭化與浸漬制備的樣品為對(duì)象，采用掃描電鏡(SEM)，XRD和熱導(dǎo)率測(cè)定等分析手段，分別研究了石墨化前后C／C復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)及導(dǎo)熱性能變化．結(jié)果表明，炭化樣品的視密度為1．61g／cm?！?．70g／cm。，石墨化度較低，且熱導(dǎo)率較小．以D8ttm單束絲經(jīng)兩維編制的樣品呈現(xiàn)出整齊排列，熱傳導(dǎo)各向異性比為4．7倍

2、．采用非編制纖維柬黏結(jié)壓制成型的樣品以及石墨粉壓制成型的樣品，其導(dǎo)熱性能在兩維方向上表現(xiàn)為各向同性．2700℃石墨化后樣品的視密度在1．61g／cm?！?．69g／cm。，沒(méi)有顯著變化．熱導(dǎo)率隨石墨化度提高而增大，最大增幅達(dá)到石墨化前的15倍．單束絲樣品熱傳導(dǎo)各向異性比從4．7擴(kuò)大到6．3．非編制纖維柬黏結(jié)壓制成型樣品的導(dǎo)熱性仍保持各向同性，徑向?yàn)?22．27w／(m·K)，軸向?yàn)?43．40w／(m·K)；此外，在室溫～300℃范圍內(nèi)，2700。C石墨化后c／c復(fù)合材料的熱導(dǎo)率均隨溫度升高呈現(xiàn)出不同程度的下降趨勢(shì)．關(guān)鍵詞炭炭

3、復(fù)合材料，炭纖維，石墨化，熱導(dǎo)率，各向異性比中圖分類號(hào)TQoso．4+211實(shí)驗(yàn)部分0引言實(shí)驗(yàn)所用樣品來(lái)自某炭素工業(yè)公司，分別為單現(xiàn)代科技的發(fā)展對(duì)特殊功能型炭炭復(fù)合材料提絲纖維編織復(fù)合材料(1)，非編制纖維束黏結(jié)壓制出新的要求，新材料、新技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)對(duì)科技的成型獲得復(fù)合材料(2)以及天然石墨粉與瀝青混進(jìn)步有決定性的意義．[1]炭炭復(fù)合材料以其高溫強(qiáng)捏壓制成型復(fù)合材料(3)．其中，1和2所用的炭度高、熱膨脹系數(shù)小、良好的自潤(rùn)滑性及較高的熱導(dǎo)纖維為聚丙烯腈基炭纖維．率等一系列優(yōu)異性能，被認(rèn)為是一種極有發(fā)展前途1．1電子顯微鏡【

4、SEM)表征的新型耐高溫導(dǎo)熱材料，并已廣泛應(yīng)用于航天航空對(duì)樣品進(jìn)行超聲凈化處理，烘干后置于JSM一領(lǐng)域．[3由于材料制備和設(shè)計(jì)工藝的進(jìn)步，使得炭炭6380LV型掃描電鏡下觀察微觀結(jié)構(gòu)形貌．復(fù)合材料具有復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)l_4]，因而有必要對(duì)樣品的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察．有研究者曾進(jìn)行幾種以瀝1．2視密度及孔隙率的表征青為基體制備炭炭復(fù)合材料的工藝技術(shù)研究，并對(duì)依據(jù)GB2413—81測(cè)定樣品的視密度，根據(jù)GB樣品的微觀結(jié)構(gòu)及熱導(dǎo)性能進(jìn)行表征l[_9_，由于炭炭6155—85測(cè)試樣品的真密度，由YB／T908—1997開(kāi)復(fù)合材料的不同制備工

5、藝對(duì)于炭素制品的密度、微孔率的測(cè)定方法測(cè)定樣品的開(kāi)孔率，依據(jù)GB6156—觀結(jié)構(gòu)、光學(xué)特性以及導(dǎo)熱性能影響很大，本研究選85真氣孔率的測(cè)定方法測(cè)試樣品的開(kāi)孔率．擇三種不同工藝制備的炭炭復(fù)合材料樣品為對(duì)象，1．3XRD表征將分別考察石墨化前后樣品組織結(jié)構(gòu)與導(dǎo)熱性能變化，依此探尋制備工藝對(duì)炭炭復(fù)合材料導(dǎo)熱機(jī)理的樣品選擇日本理學(xué)Rigaku-3014型X射線衍射影響．光譜儀進(jìn)行測(cè)定．測(cè)試方法及原理見(jiàn)文獻(xiàn)[10，11]．由*上海市科技發(fā)展基金資助項(xiàng)目(09520500700)和上海市教委重點(diǎn)學(xué)科基金資助項(xiàng)目(J515o4)．1)碩士生

6、，華東理工大學(xué)化工學(xué)院，200237上海；上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，200235上海；2)教授，華東理工大學(xué)化工學(xué)院，200237上海；3)教授；4)實(shí)驗(yàn)員，上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，200235上海收稿日期：2011-07—15；修回日期：2011_o901第4期王連星等c／c復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的比較研究63測(cè)試出來(lái)的x射線衍射光譜計(jì)算樣品的石墨化度1000℃，15℃／rain；1000℃～2700。C，26℃／min；以及結(jié)晶度．2700℃時(shí)恒溫60min．自然冷卻到室溫，取樣分析測(cè)試．1．4熱導(dǎo)率測(cè)定2

7、結(jié)果與討論樣品導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量選擇NETISCHLFA447型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀．樣品尺寸：D12．7mm×3mm．2．1樣品結(jié)構(gòu)1．5石墨化處理炭炭復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能與構(gòu)成的基體材料種將樣品放入高溫石墨化爐中在高純氬氣保護(hù)下類和編制成型方式存在顯著關(guān)系，為此研究測(cè)定了進(jìn)行2700℃高溫石墨化處理．升溫速度為：室溫～樣品的顯微結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)．由圖1可知，1，樣品采圖1樣品的SEM照片F(xiàn)ig．1SEMfraetographsofsamplea——1sample：b——2sample；c‘?3sample用聚丙烯腈基炭纖維經(jīng)二維編織為有序

8、結(jié)構(gòu)胚體，2．2樣品石墨化前后特性分析再浸漬瀝青后獲得致密塊體炭炭復(fù)合材料，其中單根炭纖維直徑約為8．12肚m．2樣品明顯可觀察到炭炭復(fù)合材料的導(dǎo)熱特性與其密度和孔隙率之一束包含兩根纖維，纖維束呈無(wú)序排列，存在纖維束間存在密切關(guān)系，而且石墨化對(duì)其特性亦有顯著影亂堆形成的空隙．