碳泡沫材料及其在航天航空中的應(yīng)用

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1、上海航天42AEROSPACESHANGHAI2008年第2期文章編號(hào):100621630(2008)0220042205碳泡沫材料及其在航天航空中的應(yīng)用1、211居建國(guó),李文曉,薛元德(1.同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院,上海200092;2.上海復(fù)合材料科技有限公司,上海201206)摘要:綜述了碳/石墨泡沫材料技術(shù)的進(jìn)展。介紹了該材料的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和多孔泡沫兩種結(jié)構(gòu)及其基本制備流程,給出了其性能特點(diǎn)和基本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),討論了具潛在可能的應(yīng)用。分析認(rèn)為:碳/石墨泡沫材料是一種在軍事和航空航天等領(lǐng)域極具應(yīng)用前景的新材料。關(guān)鍵詞:碳泡沫材料;制備;

2、結(jié)構(gòu);性能;應(yīng)用中圖分類號(hào):TB32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ACarbonFoamMaterialandIt'sApplicationsinSpaceflightandAviation1,211JUJian2guo,LIWen2xiao,XUEYuan2de(1.CollegeofAerospaceEngineeringandMechanic,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.ShanghaiCompositeSci.&Tec.Co.Ltd.,Shanghai201206,China)Abstract:

3、Evolutionofcarbon/graphitefoammaterialwasreviewedinthispaper.Thetwostructuresofopenreticulatedfoamandcellularfoamandtheirbasicfabricationprocesswereintroduced.Thefeatureandpropertieswerealsogivenout.Thepotentialapplicationwerediscussed.Theanalysisshowedthatcarbon/graphit

4、efoamwasanewfunctionmaterialwhichwouldbeappliedinmilitaryandaerospace.Keywords:Carbon/graphitefoam;Fabrication;Structure;Property;Application0引言先驅(qū)中間相瀝青制備的各種密度石墨泡沫的熱導(dǎo)20世紀(jì)60年代,國(guó)際上開發(fā)了由熱固性樹脂率、熱導(dǎo)率與電阻率的關(guān)系、低溫?zé)釋?dǎo)率與溫度的關(guān)熱解制備的碳泡沫。這種碳泡沫為碳骨架或網(wǎng)狀玻系、與其他聲學(xué)泡沫吸聲效率的比較,以及反射電磁能量的能力。美試金石實(shí)驗(yàn)室制備了密

5、度0.3～璃態(tài)結(jié)構(gòu)。由于機(jī)械性能等的局限性,主要用于催30.5g/cm碳泡沫材料,研究了熱處理對(duì)材料機(jī)械和化劑載體、過(guò)濾器和熱容材料等。至90年代出現(xiàn)了熱性能的影響,以及碳泡沫材料的微觀結(jié)構(gòu)。日本用瀝青和煤替代其他前驅(qū)體制備的新一代碳泡沫。3E2TEC公司研制成了密度分別為1.4g/cm,0.3～這類材料采用特殊的工藝方法,經(jīng)高溫?zé)崽幚硇纬?[1～6]0.8g/cm的兩種碳泡沫材料。一種新型結(jié)構(gòu)和功能材料。該材料同時(shí)具備碳和泡本文綜述了碳泡沫的制備與結(jié)構(gòu)特征、性能,以沫材料的一般特點(diǎn),這兩種材料特點(diǎn)的結(jié)合形成了及可能的典型應(yīng)用。碳泡沫材

6、料無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。碳泡沫的性能多樣化和應(yīng)用多用途,使其成為了研究熱點(diǎn)。美空軍材料實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種碳泡沫1制備首先用于替代昂貴的三維編織纖維預(yù)制品。美西弗碳泡沫制備工序主要有原料配制、裝模、發(fā)泡、吉尼亞大學(xué)開發(fā)了一種高強(qiáng)度泡沫。美橡山樹國(guó)家氧化固定、碳化和石墨化等。常見(jiàn)主要原料分高聚實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了一類高溫導(dǎo)熱石墨泡沫,研究了不同物和瀝青兩類。采用不同原料的基本制備流程如下。a)傳統(tǒng)高聚物原料制備碳泡沫:將樹脂置于模收稿日期:2006212227;修回日期:2007202205作者簡(jiǎn)介:居建國(guó)(1955—),男,研究員,博士生,主要從事復(fù)合具

7、內(nèi),加入發(fā)泡劑,在高壓下加熱至樹脂軟化點(diǎn)以材料加工的研究。上,急速卸壓形成閃蒸,在氮?dú)猸h(huán)境中溫度1050℃2008年第2期居建國(guó),等:碳泡沫材料及其在航天航空中的應(yīng)用43下碳化,必要時(shí)在溫度高于2400℃進(jìn)行石墨化。c)熱穩(wěn)定性優(yōu),不含助燃的揮發(fā)性氣體,不釋放b)用瀝青中間相法制備碳泡沫:將粉末狀瀝青氣體,空氣環(huán)境中約自溫度450℃開始氧化;惰性氣顆粒裝模,溫度加熱至650℃,同時(shí)加壓至1.03×體環(huán)境中工作溫度可達(dá)3500℃(石墨升華點(diǎn));真410Pa,形成泡沫體,冷卻后取出修去飛邊,再在溫空環(huán)境中在溫度1500℃以上開始?xì)饣?6度

8、1000℃下碳化5～7d,必要時(shí)在溫度2800℃進(jìn)d)熱膨脹系數(shù)(CTE)低(0.5×10～6.5×[1、5]-6-1行1～3d的石墨化。10℃),可調(diào)。e)熱導(dǎo)率1～70W/(m·K),玻璃態(tài)碳泡沫材2結(jié)