CC复合材料导热性能的比较研究.pdf

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1、第34卷第4期煤炭转化Vol。34No．42011年1O月C0ALC0NVERSION0ct．2O11c／c复合材料导热性能的比较研究王连星D李凤仙"周晓龙金鸣林。’陈麒忠’摘要选择了三种不同基体炭为主体，经成型、炭化与浸渍制备的样品为对象，采用扫描电镜(SEM)，XRD和热导率测定等分析手段，分别研究了石墨化前后C／C复合材料的微观结构形态及导热性能变化．结果表明，炭化样品的视密度为1．61g／cm。～1．70g／cm。，石墨化度较低，且热导率较小．以D8ttm单束丝经两维编制的样品呈现出整齐排列，热传导各向异性比为4．7倍

2、．采用非编制纤维柬黏结压制成型的样品以及石墨粉压制成型的样品，其导热性能在两维方向上表现为各向同性．2700℃石墨化后样品的视密度在1．61g／cm。～1．69g／cm。，没有显著变化．热导率随石墨化度提高而增大，最大增幅达到石墨化前的15倍．单束丝样品热传导各向异性比从4．7扩大到6．3．非编制纤维柬黏结压制成型样品的导热性仍保持各向同性，径向为222．27w／(m·K)，轴向为243．40w／(m·K)；此外，在室温～300℃范围内，2700。C石墨化后c／c复合材料的热导率均随温度升高呈现出不同程度的下降趋势．关键词炭炭

3、复合材料，炭纤维，石墨化，热导率，各向异性比中图分类号TQoso．4+211实验部分0引言实验所用样品来自某炭素工业公司，分别为单现代科技的发展对特殊功能型炭炭复合材料提丝纤维编织复合材料(1)，非编制纤维束黏结压制出新的要求，新材料、新技术的研究和开发对科技的成型获得复合材料(2)以及天然石墨粉与沥青混进步有决定性的意义．[1]炭炭复合材料以其高温强捏压制成型复合材料(3)．其中，1和2所用的炭度高、热膨胀系数小、良好的自润滑性及较高的热导纤维为聚丙烯腈基炭纤维．率等一系列优异性能，被认为是一种极有发展前途1．1电子显微镜【

4、SEM)表征的新型耐高温导热材料，并已广泛应用于航天航空对样品进行超声净化处理，烘干后置于JSM一领域．[3由于材料制备和设计工艺的进步，使得炭炭6380LV型扫描电镜下观察微观结构形貌．复合材料具有复杂的微观结构l_4]，因而有必要对样品的微观结构进行观察．有研究者曾进行几种以沥1．2视密度及孔隙率的表征青为基体制备炭炭复合材料的工艺技术研究，并对依据GB2413—81测定样品的视密度，根据GB样品的微观结构及热导性能进行表征l[_9_，由于炭炭6155—85测试样品的真密度，由YB／T908—1997开复合材料的不同制备工

5、艺对于炭素制品的密度、微孔率的测定方法测定样品的开孔率，依据GB6156—观结构、光学特性以及导热性能影响很大，本研究选85真气孔率的测定方法测试样品的开孔率．择三种不同工艺制备的炭炭复合材料样品为对象，1．3XRD表征将分别考察石墨化前后样品组织结构与导热性能变化，依此探寻制备工艺对炭炭复合材料导热机理的样品选择日本理学Rigaku-3014型X射线衍射影响．光谱仪进行测定．测试方法及原理见文献[10，11]．由*上海市科技发展基金资助项目(09520500700)和上海市教委重点学科基金资助项目(J515o4)．1)硕士生

6、，华东理工大学化工学院，200237上海；上海应用技术学院材料科学与工程学院，200235上海；2)教授，华东理工大学化工学院，200237上海；3)教授；4)实验员，上海应用技术学院材料科学与工程学院，200235上海收稿日期：2011-07—15；修回日期：2011_o901第4期王连星等c／c复合材料导热性能的比较研究63测试出来的x射线衍射光谱计算样品的石墨化度1000℃，15℃／rain；1000℃～2700。C，26℃／min；以及结晶度．2700℃时恒温60min．自然冷却到室温，取样分析测试．1．4热导率测定2

7、结果与讨论样品导热系数测量选择NETISCHLFA447型导热系数测定仪．样品尺寸：D12．7mm×3mm．2．1样品结构1．5石墨化处理炭炭复合材料的导热性能与构成的基体材料种将样品放入高温石墨化炉中在高纯氩气保护下类和编制成型方式存在显著关系，为此研究测定了进行2700℃高温石墨化处理．升温速度为：室温～样品的显微结构(见图1)．由图1可知，1，样品采图1样品的SEM照片Fig．1SEMfraetographsofsamplea——1sample：b——2sample；c‘⋯3sample用聚丙烯腈基炭纤维经二维编织为有序

8、结构胚体，2．2样品石墨化前后特性分析再浸渍沥青后获得致密块体炭炭复合材料，其中单根炭纤维直径约为8．12肚m．2样品明显可观察到炭炭复合材料的导热特性与其密度和孔隙率之一束包含两根纤维，纤维束呈无序排列，存在纤维束间存在密切关系，而且石墨化对其特性亦有显著影乱堆形成的空隙．