木材陶瓷的制备与性能研究

文章采用白松、桦木、青冈木与五合板为原料，制成木材陶瓷．对其各自的性能特征和形成机理进行了较系统的研究，证明了原木（如桦木）制备木材陶瓷的可行性．同时揭示了酚醛树脂在木材陶瓷中的双向作用，即：树脂对木材不同程度的固定与填充，使木材陶瓷的缺陷和表观、内部气孔率产生波动，导致强度、硬度的相应变化，并影响密度、电阻率等性能．

由椴木木粉和酚醛树脂制备木材陶瓷的研究

以椴木木粉和酚醛树脂为原料制成一种新的木材陶瓷.用TGA、XRlD和SEM技术分别对木材陶瓷的形成机理、物相构成和微观结构进行了表征与研究.详细讨论了碳化温度和酚醛树脂用量对木材陶瓷显气孔率、体积电阻率和弯曲强度的影响.结果表明,木材陶瓷是由酚醛树脂生成的玻璃态的硬碳和由木粉生成的无定形的软碳组成的多孔性碳复合材料;随碳化温度升高或酚醛树脂用量的增加,木材陶瓷的显气孔率和弯曲强度增大,体积电阻率下降;碳化温度升高可以使(002)衍射峰逐渐变窄,强度增大,并且向高角度移动,晶面间距d(002)减小,而酚醛树脂用量的增加对(002)衍射峰和晶面间距d(002)基本没有影响;当碳化温度为1350℃,酚醛树脂用量为160wt％时,木材陶瓷的显气孔率、体积电阻率和弯曲强度分别达到了50％、2.0×10-2Ω·cm和25MPa.

酚醛树脂/木粉复合材料制备木材陶瓷结构变化过程研究

酚醛树脂/椴木木粉复合材料经高温真空碳化制成了木材陶瓷。利用XRD、SEM和FTIR技术对碳化温度和酚醛树脂/木粉质量比对木材陶瓷物相、微观结构和物理化学结构变化的影响进行了表征和研究。结果表明,木材陶瓷具有拓扑均匀的连通孔的三维网络结构,是含有CC、C—O—C和C—H等基团的类石墨结构的碳/碳复合材料;随碳化温度的升高,(002)峰强度增大,晶面间距d(002)降低,碳化木粉收缩,其间隙增大;酚醛树脂/木粉质量比增大,浸渍树脂的木粉成形能力改善,所得木材陶瓷结构更均匀,但其对木材陶瓷的XRD衍射花样影响不大。

木材陶瓷和Si粉原位反应烧结制备多孔SiC的研究

以椴木木粉、硅粉和酚醛树脂为原料 ,先低温碳化制成木材陶瓷 ,然后利用高温原位反应烧结工艺制成了具有椴木微观结构的多孔SiC陶瓷。借助TGA研究了木粉和酚醛树脂的热分解行为。用XRD和SEM研究了木材陶瓷和多孔SiC陶瓷的物相组成和微观结构 ,用压汞法对木材陶瓷和多孔SiC的孔径分布进行了表征。研究了碳化温度、碳化速率、酚醛树脂用量、SiC含量和成型压力等因素对多孔SiC弯曲强度和孔隙率的影响。结果显示 :木材陶瓷为部分石墨化的无定形碳 ,多孔SiC由主晶相 β SiC和 10 %± 0 .5 % (体积分数 )的游离Si组成。木材陶瓷和多孔SiC具有类似于初始木材的多孔微观结构 ,孔径主要集中于 10～ 60 μm。在优化的工艺条件下 ,获得了孔隙率大于 5 0 % ,弯曲强度约为

生物模板法制备木材陶瓷

生物模板法是一种制备具有生物形貌特点的结构和功能材料的新方法。由于木材组织结构方面的独特性,制备多级孔结构的木材生态陶瓷在探索特殊微观结构和性能之间的关系方面有着重大的意义。本文总结了生物模板法制备木材陶瓷技术的发展现状,指出了各种工艺的优缺点,着重介绍了木材陶瓷的发展历史、制备方法、机理和性能,概述了木材生态陶瓷在骨移植材料和催化材料方面的应用和发展前景。

木材陶瓷研究进展

回顾了一类新型环境材料—木材陶瓷的研究进展。木材陶瓷具有电磁屏蔽、温度-湿度传感和耐磨擦性能等优异性能,以及特殊的结构特征,使其在功能陶瓷方面具有美好的应用前景。介绍了碳木材陶瓷和SiC木材陶瓷的制备方法、结构和各种性能,以及制备机理。以制备β-SiC为例,详细介绍了Si在碳模板中的渗入和反应机理,并提供了相应的渗入-反应模型。对其他碳化物和氧化物木材陶瓷的研究进行了简要介绍。最后,探讨了木材陶瓷目前存在的问题与相应对策,并对其发展前景进行了展望。

木材陶瓷

较全面地介绍了一种新型环境材料木材陶瓷的出现、发展和现有水平，分析了它各方面的优势，并在此基础上推测了它的研究、应用前景。

聚芳基乙炔树脂/杉木粉木材陶瓷的制备与表征

用聚芳基乙炔树脂浸渍杉木粉,固化制得聚芳基乙炔/杉木粉复合材料,经高温炭化得到了一种新型木材陶瓷。用DTG分析了聚芳基乙炔树脂和复合材料的热稳定性,用XRD、LRS和SEM研究了炭化温度和树脂用量对木材陶瓷物相构成、断面微孔形态和抗压强度的影响。结果表明,木材陶瓷呈三维多孔结构,孔分布比较均匀;复合材料保持了很高的热分解温度(325℃)和残碳率(70%)。随着炭化温度升高,d002晶面间距由0.389 5 nm减小至0.353 0 nm,而微晶尺寸Lc和La有不同程度增加。木材陶瓷的开孔率随炭化温度的升高由31.5%减小至20.1%,而抗压强度由3.0 MPa增大至6.2 MPa。树脂/杉木粉质量比对木材陶瓷的微孔尺寸和形状有较大影响,但对石墨微晶尺寸影响不明显。

木材陶瓷研究现状及应用前景

木材陶瓷是一种典型的"环境材料",具有原料可再生、低污染、低能耗等优点,以及多孔、导电、自润滑等特性。详细列举了木材陶瓷的应用实例,重点总结了与木材陶瓷相关的复合材料及其性能,并针对木材陶瓷现存的问题,指出了其未来的发展方向。

原位反应烧结法制备SiC多孔木材陶瓷

以香杉木粉、硅粉和环氧树脂为原料,先低温制成木材陶瓷,然后利用高温原位反应烧结工艺制成了具有原木微观结构的SiC多孔木材陶瓷。TGA研究了木粉和环氧树脂的热分解行为,用XRD和SEM研究SiC多孔木材陶瓷的物相组成和微观结构,用阿基米德法测定SiC多孔木材陶瓷的显气孔率,系统研究了烧结温度和成分配比对SiC多孔木材陶瓷的摩擦学性能的影响。结果显示:SiC多孔木材陶瓷具有类似于原始木材的微观管胞结构;显气孔率随着烧结温度的升高而降低,但随着Si含量的升高而升高;在1600℃下制备的SiC多孔木材陶瓷具有良好的摩擦学性能,后期析出的碳颗粒可以有效降低磨损量。

木粉/环氧树脂木材陶瓷的制备与研究

以香杉木粉和环氧树脂为原料制备了木材陶瓷,利用TGA对木粉、环氧树脂的热分解过程进行了研究,通过扫描电镜、X射线衍射技术对木材陶瓷的微观结构和物相进行表征,研究了碳化温度对木材陶瓷得碳率、体积收缩率、耐磨性的影响。实验结果证明通过该工艺制备木材陶瓷的可行性,木材陶瓷是一种由木粉生成的无定形碳和环氧树脂生成的玻璃态碳组成的多孔碳素材料。随着碳化温度的升高,木材陶瓷结构越趋于有序化,得碳率降低,体积收缩率增大,耐磨性略有升高。

层状木材陶瓷的制备及表征

用山毛榉薄木/酚醛树脂(PF)复合材料在常压下密闭隔氧烧结制备具有层状结构的木材陶瓷。用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射仪(XRD)对试件的结构和物相进行研究。SEM分析显示:木材陶瓷具有清晰的层状结构,保留了木材作为生物模板的天然特征。XRD的研究结果表明:提高烧结温度在改善木材陶瓷可石墨化程度的同时还能提高其纯度。烧结温度和树脂含量对层状木材陶瓷的力学性能和孔隙结构具有双重作用:抗弯强度在800℃之前迅速增加,在1200℃附近出现转折点;表观密度呈现出与此基本相同的现象;真密度随着烧结温度和树脂含量的增加而增加。层状木材陶瓷的断裂韧性为0.8～1.2MPa.m1/2,是采用常规方法制备的木材陶瓷的2倍多,且层状结构能够提高裂纹的扩展容限,避免破坏过程中的灾难性断裂。

值得关注的新型材料—木材陶瓷

木材陶瓷是近年来开始研究的一种新型材料 ,它是将木材或其它木质材料经树脂浸渍后 ,在高温下炭化而得到的一种多孔碳素材料。在适当的生产工艺条件下 ,产品具有较高的强度性能 ,可以用作结构材料 ;在热、电、磁和摩擦性能方面具有独特的性能 ,因而又是一种功能材料 ;在生产、使用及废弃后的处理中 ,不会产生环境污染 ,具有良好的环境协调性 。

碳纤维增强层状木材陶瓷的结构特征与力学行为研究

以液化木材和炭粉制备的片状木材陶瓷为基体材料、以碳纤维为增强材料,通过结构设计和应力应变分析建立单元结构模型和应力应变模型。SEM观测结果显示:根据结构模型所制备的试件具有典型的层状结构,且在断裂过程中有利于裂纹偏转。力学行为分析表明:在脱粘之前,载荷主要集中在基体材料上,当发生脱粘后载荷则主要由增强材料承担。同时,由于层状结构和增强碳纤维的运用使得力学性能大幅度提高,尤其是断裂韧性得到明显改善,在一定程度上能够避免脆性断裂的发生。

甘蔗渣和环氧树脂制备碳木材陶瓷的研究

采用固体废弃物甘蔗渣为原料,与环氧树脂混合后真空烧结制备碳木材陶瓷。利用TG-DSC分析了木材陶瓷的热分解行为。利用XRD、SEM表征了木材陶瓷的相组成和微观结构,研究了碳化温度对木材陶瓷的残炭率、体积收缩率、平面尺寸收缩率、厚度收缩率和体积电阻率的影响。结果表明:甘蔗渣制备的木材陶瓷是一种多孔碳材料,随着碳化温度升高,石墨化程度提高;烧结温度每升高100℃,残炭率降低约1%～2%,体积收缩率升高0.5%～1%。平面尺寸和厚度收缩率与烧结温度正相关。体积电阻率随温度升高而降低。

普通纸张模板纤维素碳化机理的研究与多孔木材陶瓷的制备

以普通纸张和酚醛树脂为模板制备出新型多孔碳模板,深入研究纤维素碳化的机理。碳化过程的收缩率随树脂/纸张复合体中树脂含量的增大而减小;所得多孔碳的气孔率随树脂/纸张复合体中树脂含量的增大而减小,且随碳化温度的升高而减小;多孔碳的弯曲强度随树脂/纸张复合体中树脂含量的增大而增大,并随碳化温度的升高而增大。

木材陶瓷制备多孔SiC的研究

椴木木粉/酚醛树脂复合材料经高温碳化制成木材陶瓷,然后经熔融Si反应性渗入制成了多孔的SiC陶瓷.借助X射线衍射、傅里叶红外吸收光谱和扫描电子显微镜等方法对木材陶瓷和多孔SiC的物相组成、微观结构和基本性质进行了研究.利用阿基米德法和三点弯曲法测定了木材陶瓷和多孔SiC的显气孔率和弯曲强度.结果表明,木材陶瓷是非晶碳材料,含有C-O-C醚键、C=C双键及C-H结构等,多孔SiC是由主晶相β SiC和少量第二相Si组成的复合材料;多孔SiC遗传了木材陶瓷的多孔结构;木材陶瓷向SiC陶瓷的转变使弯曲强度从12.6MPa提高到73.8MPa,显气孔率从64.1%降至53.2%.

活化木材陶瓷的制备及其孔隙结构表征

以KOH为活化剂对以松木粉和液化木材为主要原料制备的木材陶瓷进行活化,用低温氮吸附法和扫描电镜(SEM)研究活化温度对其孔隙结构的影响。结果表明:木材陶瓷孔隙为典型的H3型结构,活化处理能够大量增加介孔与微孔,孔径多分布在1.7~2.6 nm,同时部分保留木材天然结构特征;随活化温度的增大,比表面积先增大后减小,孔径呈现先减小后增大的趋势,但活化温度对微孔的孔径影响较小;经过1 300℃活化处理60 min,活化木材陶瓷的比表面积可达1 044.0 m2·g-1。

液化木材/木粉制备木材陶瓷的结构变化研究

为了探讨木材陶瓷在制备过程中结构的变化,用液化木材代替酚醛树脂经与木粉复合后碳化制备木材陶瓷。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)对木材陶瓷进行研究分析。扫描电镜的观测结果显示,用液化木材/木粉制备的木材陶瓷部分的保持了木材的天然基本孔隙结构。红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)分析显示,木材陶瓷主要由无定形碳和石墨微晶组成,较高的碳化温度有利于脱除H、O元素,向较规整的环状碳结构转变。

木材渗透性改良与木材陶瓷化

本文构造了木材渗透模型，说明了纹孔和纹孔闭塞的形成和及其对渗透性的影响。尝试用物理（水蒸气局部爆破法和压缩法）和化学（１％ＮａＯＨ溶液法）的方法有效改善木材浸渍性，并考察由此对硅化物性能的提高，分析了各种方法和各种材质的异同。得到了木材陶瓷密度与弯曲强度的线形关系。