沥青基炭/炭复合材料的弯曲断裂特征

以 1KPAN基高强度炭纤维为增强体、以调制中温煤沥青为基体前躯体 ,采用压力浸渍 炭化工艺制备出了不同密度二维沥青基炭 炭复合材料。经过对复合材料试样进行的弯曲试验表明 ,其弯曲断裂特征与材料密度具有密切的联系。根据弯曲强度 -位移曲线 ,高密度复合材料表现为脆性断裂 ,而低密度复合材料表现为韧性断裂。从弯曲断面的SEM图片来看 ,脆性断裂时的断面比较平整 ,韧性断裂时断面上有大量炭纤维拔出。炭 炭复合材料的断裂破坏过程实质上就是基体裂纹在材料内的扩展过程 ,其扩展的途径与界面结合状况有关。裂纹沿界面的扩展将引起基体与纤维的脱粘 ,脱粘又导致纤维与基体之间的相对滑动 ,这种相对滑动将吸收相当一部分能量 ,从而可以延缓材料的断裂过程 。

微观结构对中间相沥青基炭/炭复合材料力学性能的影响

借助偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜以及力学性能测试研究了微观结构对中间相沥青基炭/炭复合材料力学性能的影响.结果表明:基体炭在偏光显微镜下呈现出光学各向异性,在SEM和TEM下呈片层条带状结构,基体炭与纤维之间的界面不连续,为"裂纹型"界面.材料受载破坏时裂纹通过改变扩展路径而延缓其扩展速度,在纤维-基体界面处以及基体炭层片之间引起滑移,在断口形貌上体现出断裂台阶适中且与纤维拔出交替进行,表现出韧性破坏的断裂特征.材料具有较高的力学性能,抗弯强度达到257MPa,断裂韧性达到11.4MPa·m^(1/2).

中间相沥青基炭/炭复合材料的微观结构与力学性能(英文)

借助偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜以及力学性能测试研究了微观结构对中间相沥青基炭/炭复合材料力学性能的影响。结果表明:基体炭在偏光显微镜下呈现出光学各向异性,在SEM和TEM下呈片层条带状结构。基体炭与纤维之间的界面不连续,为"裂纹型"界面。材料受载破坏时裂纹通过改变扩展路径而延缓其扩展速度,在纤维一基体界面处以及基体炭层片之间引起滑移,在断口形貌上体现出断裂台阶适中且与纤维拔出交替进行,表现出韧性破坏的断裂特征,材料具有较高的力学性能,抗弯强度达到257MPa.

热解炭过渡层-中间相沥青基炭/炭复合材料的微观结构

借助偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜对具有热解炭过渡层的中间相沥青基炭/炭复合材料的微观结构进行了研究。结果表明:材料的基体由热解炭和中间相沥青炭组成,在偏光显微镜下均呈现出光学各向异性。材料内部形成了多层次的界面结构,热解炭与纤维的界面连续,界面层内的石墨微晶择优取向度较高,晶格条纹排列规整;中间相沥青炭与热解炭界面不连续,为"裂纹型"界面,界面层内主要为非晶态碳。材料中炭纤维、热解炭、中间相沥青炭的石墨微晶大小逐渐增大,择优取向度逐渐增高,晶格条纹的排列逐渐规整。片层条带状结构的中间相沥青炭以及材料内的微裂纹平行于炭纤维轴向。

空气氧化处理的中间相沥青基炭/炭复合材料的组织和弯曲性能

通过引入225℃空气氧化处理,在较短周期内采用常压浸渍炭化工艺制备了中间相沥青基炭/炭复合材料.采用偏光显微镜、万能力学试验机及扫描电镜等检测手段研究了炭/炭复合材料微观组织和弯曲力学性能.研究结果表明,225℃空气氧化处理后,炭化收率显著提高,经过四次常压浸渍-炭化循环后炭/炭复合材料密度达到了1.73g/cm3,弯曲强度为152.39MPa,比未经过空气氧化处理的试样提高了62.87%.空气氧化处理制备的试样呈现典型的假塑性断裂特征,而未经空气氧化处理制备的试样主要从层间断裂,其弯曲强度较低.通过偏光显微分析,未经空气氧化处理的炭/炭复合材料组织大部分为小域组织,只有少量的镶嵌型组织和广域组织,而经过225℃空气氧化处理后的试样,以广域型组织为主,并在其间夹着流线型组织和小域组织.

菌渣基生物炭、磷矿粉、壳聚糖复配比筛选及复合材料对Cd2+的吸附特征

试验以菌渣基生物炭为主要原料,采用超声波振荡复配磷矿粉和壳聚糖,通过批量水吸附试验筛选出复合材料最佳质量比;并在此基础上,从材料添加量、溶液pH、吸附时间和Cd溶液初始质量浓度方面探究菌渣基生物炭和复合材料对Cd^(2+)吸附的影响。结果表明,菌渣基生物炭、磷矿粉和壳聚糖最佳质量比为7∶1∶2;不同Cd溶液质量浓度下,复合材料对Cd^(2+)的吸附率均高于菌渣基生物炭,随着Cd溶液初始质量浓度的增加,二者的吸附率差距逐渐增加;在pH值为7、100 mg/L Cd溶液中添加0.6 g复合材料与菌渣基生物炭时,二者对Cd^(2+)的吸附率相差最大;复合材料经过5次解析后吸附率均在65%左右;加入外源离子会抑制菌渣基生物炭和复合材料对Cd^(2+)的去除率,但对复合材料的抑制效果弱于菌渣基生物炭;当Cd溶液质量浓度为100 mg/L时,菌渣基生物炭和复合材料添加量为0.6 g,振荡240 min后吸附量分别达到3.859、6.310 mg/g;复合材料对Cd^(2+)的吸附过程与拟二级动力学和Langmuir模型拟合程度较高,以单层表面的化学吸附为主;升温能有效地提高复合材料和菌渣基生物炭对Cd^(2+)的吸附量。

C/C复合材料中基体炭的微观结构表征

采用扫描电子显微镜、金相偏光显微镜对不同结构基体炭,包括热解炭、沥青炭、树脂炭进行形貌表征和分析。通过试验观察到热解炭的微观结构主要分为粗糙层结构、光滑层结构、过渡层结构和各向同性结构,热解炭表面为球冠形结构;沥青炭的主要形貌结构主要有镶嵌型结构,区域与镶嵌并存结构,区域与流线型并存结构,流线型结构;树脂碳的结构主要为表面光滑的块状结构。

SiO_2气凝胶/中间相沥青基泡沫炭复合材料的制备与表征

以正硅酸乙酯、乙醇和去离子水为原料,采用溶胶-凝胶法制备了SiO2溶胶;并以煤沥青为原料,采用自挥发发泡法制备了中间相沥青基泡沫炭。然后采用浸渍工艺将SiO2溶胶和中间相沥青基泡沫炭在常压下进行复合,制备了SiO2气凝胶/中间相沥青基泡沫炭复合隔热材料。利用XRD、SEM、热导仪和万能试验机等设备分别研究了SiO2气凝胶、中间相沥青基泡沫炭以及SiO2气凝胶/中间相沥青基泡沫炭复合材料的结构和性能。结果表明,所制备的复合材料具有一定的力学性能,同时其隔热性能优于单一泡沫炭的隔热性能,有望成为一种新型的隔热材料。

焦炭颗粒的平均细度对沥青基炭复合材料性能的影响

采用新型模压半炭化成型工艺制备出高密度、低成本的焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料。研究了焦炭颗粒的平均细度对焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料的密度和抗压强度的影响趋势,并从数学上分析了密度对抗压强度的影响规律。结果表明:沥青基炭复合材料的密度和抗压强度随焦炭颗粒平均细度的增大而增加。在本试验条件下,当沥青焦的平均细度由44.2目增加到206.3目,沥青基炭复合材料的密度和抗压强度可从1.28 g/cm3和10.1MPa增加到1.77 g/cm3和55.0MPa。

粒状增强体种类对沥青基炭复合材料性能的影响(英文)

采用普通液压机及新型的模压半炭化成型工艺,在大气环境下制备出了高密度、低成本、应用广的三种焦炭(冶金焦、沥青焦Ⅰ和沥青焦Ⅱ)颗粒增强的沥青基炭复合材料(简称PCCs)。通过对PCCs材料先后进行快速焙烧处理,沥青浸渍-炭化致密化处理和高温石墨化(2 373K)处理,制得了PCC材料的焙烧样品、致密化样品和石墨化样品。通过力学性能试验,SEM和XRD等方法,研究了增强体焦炭颗粒的种类对沥青基炭复合材料的体积密度和抗压强度的影响。结果表明:PCCs材料抗压强度的高低,除了与其体积密度相关外,还与其所采用的增强体焦炭颗粒的耐压强度、微观结构和表面状态有密切的关系。焦炭颗粒的耐压强度愈高、表面越粗糙、开孔孔隙越多,其对沥青基炭复合材料的增强作用也就越显著。无论PCCs材料是焙烧样品、致密化样品、还是石墨化样品,用磨碎冶金焦制备的PCCs材料的三种样品的抗压强度最大,用沥青焦Ⅱ制备的PCCs材料的次之,用沥青焦Ⅰ制备的CRPCC材料的最小。粒状增强体的种类对CRPCC材料的力学性能不仅具有非常重要的影响,而且其强度也具有一定的遗传性。

沥青基炭复合材料新型制备工艺的特征研究

高温模压工艺是由模压成型工艺演绎而来的一种快速成型技术,但在制备沥青基炭复合材料时,该工艺明显存在着装备投资大、模压压力低和工艺实用性差的不足.为此,提出了一种新型的沥青基炭复合材料的制备工艺,即模压半炭化成型工艺(简称MSCT工艺) .为了验证MSCT工艺的突出优点,分别利用MSCT工艺和模压工艺制备了沥青基炭复合材料,并就其组织结构、体积密度和力学性能进行了研究.结果表明:MSCT工艺制备的沥青基炭复合材料的微观组织比模压工艺制备的要致密的多,从而使前者的体积密度( 1 .77g/cm3 )和抗压强度( 32 .5 MPa)分别比后者提高了2 8.3%和1 44 .4% .

沥青种类和焦炭粒度组成对焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料性能的影响

采用新型的模压半炭化成型工艺在大气环境下制备出了高密度、低成本的焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料(简称CRPCC材料)。研究了煤沥青的种类、沥青焦中添加冶金焦以及焦炭颗粒的粒度组成配比对CRPCC材料的密度和抗压强度的影响。结果表明:煤沥青的软化点高,用其制备的CRPCC材料的密度和抗压强度未必就高;沥青焦中添加一定含量的冶金焦,则可制备出密度和抗压强度更好的CRPCC材料。

沥青基炭复合材料的制备及力学各向异性性质的探讨

采用新型的模压半炭化成型工艺在大气环境下制备出了高密度、低成本的焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料(CRPCC)。研究了焦炭颗粒的种类对CRPCC材料的力学各向异性性质的影响。结果表明:由于沥青焦Ⅰ的颗粒形状系条状或棒状,故用其制备的CRPCC材料的力学性能具有明显的各向异性,且各向异性系数高达25%;而沥青焦Ⅱ和冶金焦的颗粒形状为多角形或准球形,故用它们制备的CRPCC材料基本上都是各向同性的。

模压压力对焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料性能的影响(英文)

采用普通液压机和新型高效的模压半炭化成型工艺,在大气环境下制备出了高密度、低成本的焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料。研究了模压压力对焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料的体积密度和抗压强度的影响趋势,并探讨了复合材料的体积密度与抗压强度之间的相互关系。结果表明,增大模压压力,沥青基炭复合材料的体积密度和抗压强度随之明显增加;继续增大模压压力,体积密度仍然呈上升趋势,但抗压强度却突然下降;沥青基炭复合材料的体积密度越高,其抗压强度未必也就越大。

炭/炭复合材料用基体前驱体煤沥青的研究动态

综述了近年来炭/炭复合材料用基体前驱体煤沥青的研究动态,重点阐述了不同改性方法对煤沥青的残炭率及高温流变性能的影响,指出了开发综合性能优良的改性煤沥青是制备低成本高性能炭/炭复合材料的关键。

焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料的组织结构

利用模压半炭化成型工艺,在大气环境下制备了焦炭颗粒增强的沥青基炭复合材料,并借助光学显微镜和扫描电镜对其微观组织和断口形貌进行了观察.结果表明:根据焦炭颗粒增强沥青基炭复合材料的原料结构和制备工艺,利用光学显微镜和扫描电镜,可以清楚地辨别出沥青基炭复合材料中的增强体炭、基体炭和孔隙相三种基本相结构.而且黏结剂炭除了填充增强体炭中的孔隙外,还将每一个增强体颗粒包裹起来,从而在沥青基炭复合材料中形成了一个网络状的连续基体.

新型导电水泥基复合材料导电性能研究

采用炭黑作为主要导电掺料,加入少量碳纳米管和钢纤维构建高效导电网络以提高导电性能,研究其在不同环境中的稳定性以及微观形态下复相导电掺料的协同作用。结果表明:掺5%炭黑、0.3%碳纳米管、0.6%体积掺量钢纤维的导电水泥基复合材料C5P3F6固化28 d电阻率为304Ω·cm,比传统水泥基复合材料降低94.5%;掺5%炭黑、0.9%碳纳米管、0.6%体积掺量钢纤维的导电水泥基复合材料C5P9F6受水泥水化、干燥环境和温度的影响较小,表现出较为优异的稳定性。微观形态下能观察到导电掺料分散性较好,碳纳米管、钢纤维有效地与分散的炭黑协同作用桥接成为导电网络。

中国有色金属学会 炭材料及碳基复合材料高级研修班在湖南长沙举办

2022年12月16日—18日,由中国有色金属学会和中南大学联合主办,粉末冶金国家工程研究中心承办的“炭材料及碳基复合材料高级研修班”在湖南长沙举办。中国有色金属学会副理事长兼秘书长高焕芝、中南大学粉末冶金研究院院长刘咏、高温结构材料研究所所长刘彬、湖南大学教授刘洪波等授课专家出席开班仪式。

双功能活化制备沥青基硬炭用于钠离子电池负极

硬炭作为钠离子电池(SIBs)最具有应用前景的负极材料,其形貌的可控调节和结构优化被广泛研究和关注。以煤沥青为原料,采用柠檬酸钾(C_(6)H_(5)K_(3)O_(7)·H_(2)O)作为双功能活化剂:(1)气体分解产物可消耗过量的氢,实现沥青的固态热解,阻碍有序微晶的生成;(2)固态分解产物钾盐进行活化造孔,从而在高温碳化过程中形成丰富的封闭纳米孔。基于此,成功制备了具有高度无序、多孔片状结构的沥青基硬炭材料,并应用于SIBs负极,探究其电化学性能。研究发现,通过调控活化剂用量可以实现沥青基硬炭微观结构的优化,在适宜质量比条件下制备的硬炭(HC-2-1300)首次库仑效率高达81.5%,在0.1 A·g^(-1)的电流密度下,其可逆比容量为214.2 mAh·g^(-1),明显优于直接碳化的样品(DC-1300)。同时,在5 A·g^(-1)的高电流密度下,HC-2-1300样品仍有116.7 mAh·g^(-1)的可逆比容量,且在1 A·g^(-1)电流密度下充放电循环2000圈后,容量保持率达75.1%,显现出优异的倍率性能和循环稳定性,具有广阔的应用前景。

沥青基短切碳纤维/导电炭黑/丁腈橡胶复合材料的结构与性能研究

研究导电炭黑VXC72及沥青基短切碳纤维(CF)用量对丁腈橡胶(NBR)物理性能、导热及导电性能的影响。结果表明,随着导电炭黑VXC72用量的增大,NBR胶料和CF/NBR复合材料的拉伸强度、撕裂强度、定伸应力和热导率逐渐增大,体积电阻率逐渐降低,而且CF/NBR硫化胶的50%、100%定伸应力和热导率比NBR硫化胶有不同程度提高。当导电炭黑VXC72用量相同时,随着CF用量的增大,复合材料的拉伸强度、撕裂强度和拉断伸长率先减小后增大,热导率基本呈线性增加,体积电阻率明显降低。