C/C复合材料石墨化度与导电性能的关系

研究了五种具有二维及准二维结构的炭 /炭复合材料在不同石墨化度下各自的电阻率的变化 ,分析了引起这些变化的原因。结果表明 ,在所研究的石墨化度范围内 ,随着石墨化度的升高 ,材料的电阻率都呈下降的趋势 ,且电阻率 ρ随石墨化度g的变化符合线性关系 ρ =a·g +b ,线性相关系数的绝对值大于 99%。但对于不同的材料 ,公式中参数a、b的取值不同。影响a、b值大小的因素主要有复合材料的结构和表观密度 :具有类似结构的两种复合材料 ,两者的a值相等 ;复合材料的表观密度越高 ,则其a的绝对值、b值越小 ,亦即 :在石墨化度相同时 ,表观密度较高的材料导电性能较好 ;由于石墨化度的升高对其导电性能的提高较少 ,故导电性能对石墨化度的敏感程度较低。同时认为 ,由于电阻率测量的较高准确度和易操作性 ,电阻率可以作为一种间接测量和表征炭 /炭复合材料石墨化程度的方法。

炭/炭复合材料石墨化度的表征(Ⅰ)

叙述了用Ｘ－射线衍射（ＸＲＤ）表征炭－石墨化度的来源，以及炭－石墨材料与炭／炭复合材料的不同点。在一定的实验基础和理论分析上，提出目前ＸＲＤ测试的Ｇ参数表征Ｃ／Ｃ复合材料的石墨化度时不完善，它只反映了Ｃ／Ｃ组分中石墨化度高的组分的石墨化性能。同时提出了两种Ｃ／Ｃ复合材料石墨化度表征的新方法，一是考虑衍射强度的Ｇ参数的修正公式；另一是利用激光拉曼光谱来表征。

C/C复合材料石墨化度的喇曼光谱表征

采用显微激光喇曼光谱及XRD测量、表征了C/C复合材料中炭纤维、沥青炭及CVD热解炭经不同温度石墨化处理后的结构参数.结果表明:在3种炭材料的喇曼图谱上都有2个散射强度峰-D峰和G峰,峰位分别位于喇曼位移约1333及1584cm-1处,随石墨化处理温度改变,2峰峰位没有变化,但2峰相对强度却发生变化.将D峰相对于G峰的强度R的倒数R-1与XRD法得到的石墨化度g比照,发现2者存在一一对应关系,符合公式:g=1-exp[-2.11(R-1-0.34)].

炭/炭复合材料石墨化度的XRD均峰位法测定

采用XRD平均峰位法测定了 4种C/C复合材料的石墨化度。研究结果表明 :用平均峰位法测定C/C复合材料的石墨化度具有简便可靠、区分度高的优点。当C/C复合材料中炭纤维的含量低于基体炭含量时 ,难石墨化的炭纤维对C/C复合材料XRD谱线低角度一侧的线形有一定影响 ,但对最终的测量结果影响不大。

炭/炭复合材料石墨化度的研究进展

从炭 /炭复合材料石墨化度的测量和表征、石墨化度的影响因素以及石墨化度对复合材料性能的影响 3个方面 ,对炭 /炭复合材料石墨化度的研究现状进行了叙述和评价。指出炭 /炭复合材料石墨化度的测量和表征迄今尚无公认、统一的标准 ;认为有必要系统地跟踪、分析、研究炭 /炭复合材料中各组元及其界面在石墨化过程中的变化 ,以及由此带来的对材料宏观性能的影响。

C/C 复合材料石墨化度的测定和评价

用Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）方法对不同热处理温度下Ｃ／Ｃ复合材料石墨化度进行了测定，并对衍射峰进行了分峰处理。得出该材料由三种不同组元构成，即树脂炭、炭纤维和热解炭，求出各组元的石墨化度值及所占比例，进而得到试样的加权平均石墨化度。用光学显微镜对试样表面进行分析证明了三种组元的存在，讨论了热处理温度与石墨化度的关系。

不同纤维体积分数CVI炭/炭复合材料的石墨化度

为确定不同纤维体积分数的化学气相浸渗(CVI)C/C复合材料的最佳热处理工艺,以40%、30%、25%三种不同纤维体积分数的针刺整体毡为坯体,经三次CVI后制得C/C复合材料,采用X射线衍射和拉曼光谱微区分析测试了三种不同纤维体积分数的CVIC/C复合材料试样未经热处理及经2200℃、2400℃热处理下宏观和微区石墨化度。结果表明:三次CVI热解炭均为光滑层结构,且纤维体积分数越高,C/C复合材料的石墨化度也越高;纤维与光滑层热解炭界面及两种不同热解炭界面在高温热处理时会发生应力石墨化,应力石墨化程度前者大于后者,这是纤维体积分数高的C/C复合材料石墨化度高的原因;热处理温度越高,应力石墨化程度越大。

炭布叠层/热解炭复合材料导热系数与石墨化度的关系

采用脉冲激光闪光法和XRD,分析了一种炭布叠层/粗糙层结构热解炭复合材料的导热系数与石墨化度之间的关系,建立了二者之间的定量数学模型,并运用声子导热机制对其机理进行了探讨。结果表明,复合材料在平行于层面方向的室温导热系数约为垂直方向的2倍,但均随石墨化度的升高、石墨微晶尺寸的增大而逐渐升高,两个方向导热系数与石墨化度之间关系可分别表示为:λ=31.22+8.62exp(g/27.10)及λ=6.08+8.92exp(g/33.99)。

XRD分峰拟合法测定炭材料的石墨化度和结晶度

以标准Si粉为内标相,采用内标法测定了5个石墨化炭材料的XRD图谱,用Profit软件对其进行分峰拟合,并计算出每个材料的石墨化度和结晶度指标。结果表明,两个指标联合使用对炭材料结构表征更为充分。用Profit软件拟合分峰之前预先剔除kα2,在拟合过程中,采用手动取切线扣除背底的方式是提高试验重现性的较好方法。

石墨化度对炭/炭复合材料在不同制动速度下的摩擦磨损性能的影响

将炭布叠层的炭纤维预制件通过化学气相沉积增密后分别在 2 0 0 0、2 15 0、2 30 0℃进行高温热处理得到 3种不同石墨化度的炭 炭复合材料 ,采用MM -10 0 0摩擦试验机对这 3种炭 炭复合材料进行不同速度下的摩擦磨损性能试验 ,并对磨损表面及磨屑进行SEM观察 ,结果表明 :低速时材料的摩擦系数均很小 ;刹车速度为 10m s时 ,石墨化度对材料的摩擦系数影响显著 ,石墨化度越高 ,材料的摩擦系数越大 ,石墨化度低的样件A摩擦表面形成薄且光滑的磨屑层 ,而石墨化度高的样件C摩擦表面形成厚的、粗糙的磨屑层 ;刹车速度大于 2 0m s时 ,石墨化度对材料摩擦系数的影响变小 ,3种材料摩擦表面均形成较为平滑的磨屑层。石墨化度的高低显著影响材料高速时的磨损 ,石墨化度升高到一定值时能显著降低材料高速时的磨损 ,继续升高石墨化度 ,磨损变化不大 ,高速时石墨化度低的样件A氧化严重。综合考虑摩擦磨损性能 ,该粗糙层结构的炭 炭复合材料石墨化度控制在 45 %为宜。

炭/炭复合材料石墨化度的XRD表征方法

研究了X射线衍射(XRD)法测定炭/炭复合材料石墨化度的原理和方法.实验结果表明:由于试样中含有不同石墨化度的组分,致使碳石墨的衍射线呈现明显的不对称,用不同方法所确定的峰位得到的石墨化度值差异很大,比较而言,通过拟合定位更接近材料真实情况,考虑了各组元的信息;另外,对C(002)峰进行多重峰分离处理,以各子峰的相对含量作权重,可以很明显地看出试样中不同石墨化度成分所占的比例,最终得到一个较为合理的石墨化度值.

XRD测定炭素材料的石墨化度

研究了用X射线衍射 (XRD)测定炭素材料石墨化度的原理和方法 ,指出其本质是精确测定炭石墨六方晶格的C轴点阵常数值 ,为此 ,用高纯硅粉作内标以校准测量误差 .为提高测量精度 ,选用高角度的C( 0 0 4 ) -Si( 311) 衍射线对 ;当试样的石墨化度较低时 ,因C( 0 0 4 ) 衍射线强度太小 ,选用C( 0 0 2 ) -Si( 331) 线对 .将它们分别进行Kα1,Kα2 双线分离处理后 ,以Kα1峰的半高宽之中心点定峰位并据此计算石墨化度 .实验结果表明 :在碳 /碳复合材料中 ,由于采用了多种原材料 ,经高温热处理后形成石墨化的程度不尽相同 ,即试样中含有不同石墨化度的组分 ,致使炭石墨的衍射线呈现明显的不对称性 ,此时必须进行多重峰分离处理 ,分离出的子峰通常无需再进行双线分离 ,即可直接用来计算各组分的石墨化度 ;由各子峰的积分强度可计算不同石墨化度组分的相对含量 ,以此进行权重计算所得的平均石墨化度更合理地反映了试样内部石墨化度的实际情况 .

石墨化度对2.5D碳/碳复合材料在低能条件下的摩擦学性能影响

在MM-200型摩擦磨损实验机上,对2.5D编织结构的不同石墨化度的碳/碳(C/C)复合材料进行低能条件下的摩擦磨损实验,用扫描电子显微镜对其磨损表面形貌进行了观察分析。结果表明:石墨化温度升高到一定值之后,可使摩擦系数下降,而试样的摩擦系数不稳定,相应磨损量也会增大。在摩擦初始时,摩擦系数呈现交错变化,随时间的推移,摩擦系数出现分化,石墨化度高的试样摩擦系数较低,当石墨化度增加50%时,磨损率增加0.05%,磨损量变化不是很大。石墨化程度以及石墨化的均匀程度都对材料的摩擦磨损性能有很大影响。

C/C复合材料石墨化度的研究

用XRD多重分离软件分别对不同热处理温度下C／C复合材料进行衍射分峰处理，得出该材料由三种不同组元构成，即树脂炭、炭纤维和热解炭，并求出各组元的石墨化度值及所占比例，进而得到试样的加权平均石墨化度。用光学显微镜对试样表面进行分析证明了三种组元的存在，讨论了热处理温度与石墨化度的关系。

石墨化度对炭/炭复合材料力学性能的影响

通过三点弯曲试验 ,并借助SEM断口形貌分析 ,研究了石墨化度对炭 /炭复合材料抗弯强度的影响 ,对其断裂机制进行了探讨 .试验所用材料的基体为沥青浸渍炭 +少量CVD炭 ,增强体炭纤维由乱短纤维和成束长纤维织成的炭布构成 ,长纤维沿X Y平面分层铺开 ,长纤维层之间是随机分布的乱短纤维层 .研究结果表明 :当石墨化度不同时 ,复合材料的断裂机制不同 ;在所研究的石墨化度范围 2 8.4%～ 77.3%内 ,随着石墨化度的提高 ,材料的抗弯强度呈现加速下降的趋势 ;当石墨化度为 77.3 %时 ,材料的抗弯强度仅为石墨化度为 2 8.4%时的 6 0 % .在石墨化度较低 (如 2 7.4%和 5 6 .8% )时 ,材料中的长纤维呈现以拔出机制为主 ,裂纹沿长纤维束层与乱短纤维层之间的界面传播 ;在石墨化度较高 (如 70 .6 %和 77.3 % )时 ,材料中的长纤维被横向切断 ,裂纹切过长纤维向前传播 .这对炭 /炭复合材料的研究、开发具有指导意义 .

C/C复合材料的体积密度和石墨化度对硬度的影响

测试了几组典型的不同体积密度和石墨化度的C/C复合材料洛氏硬度值,研究了C/C复合材料的体积密度和石墨化度与其硬度特性的关系.结果表明:相同石墨化度的C/C复合材料洛氏硬度随其体积密度的增加而增加,相同体积密度的C/C复合材料洛氏硬度随其石墨化度的增加而降低;C/C复合材料体积密度对硬度的影响随其石墨化度的增加而减小;对体积密度为1.75～1.85g/cm3的C/C复合材料,可据其洛氏硬度的范围大致判断其石墨化度的范围;对一定体积密度和热处理温度的C/C复合材料,可通过洛氏硬度判断基体炭的微观结构特点.

石墨化度对C/C复合材料摩擦性能的影响

用X射线衍射方法对不同热处理温度处理的C/C复合材料的石墨化度进行了检测 ,同时对三种不同石墨化度的C/C复合材料模拟飞机刹车时正常着陆、超载着陆、终止起飞条件进行了摩擦性能研究 ,得出了石墨化度与摩擦系数、表面吸收功率、稳定系数之间的关系。

石墨化度对自焙炭块性能的影响

在实验室制备了不同石墨化度的自焙炭块，并研究了石墨化度对自焙炭块的结构性质、高温冶金性能（包括恒压比热、热扩散率、导热性、热膨胀性、抗热震性）、抗铁水和熔渣侵蚀性能及铁水的渗透的影响。

石墨化度对锂离子电池炭负极性能影响的研究

研究了两种不同的石油焦经不同温度热处理后 ,其石墨化度随温度的变化关系。将石墨化后的石油焦应用于 1mol/LLiClO4/EC +DEC(1∶1)溶液体系中作为锂离子电池负极 ,考察了石墨化度对充放电性能的影响。利用喇曼光谱 (Raman)解释了石墨化度影响锂离子电池炭负极性能的原因。

短炭纤维/树脂炭复合材料导热系数与石墨化度之间的关系

采用脉冲激光闪光法和XRD,分析了一种中间相沥青基短炭纤维/树脂炭复合材料的导热系数与石墨化度之间的关系,建立了两者之间的定量数学模型,并运用声子导热机制对其机理进行了探讨。结果表明,复合材料在平行于层面方向的室温导热系数约为垂直方向的6倍,但均随石墨化度的升高、石墨微晶尺寸的增大而逐渐升高,两个方向导热系数λ与石墨化度g之间关系分别符合公式:λ=53.78+0.28exp(g/13.75)及λ=4.95+0.94exp(g/25.22)。