萘系和油系中间相沥青碳纤维性能对比研究

以萘系(SD)及油系(MP)中间相沥青为原料,对比探究两种沥青制备碳纤维的性能差异。采用扫描电镜、X射线衍射仪、纤维强伸度仪和微欧计等手段表征了碳纤维微观结构及力学与导热性能。结果表明:SD沥青灰分126×10^(-6),含有约10%的各向同性组分,制得碳纤维拉伸强度1.13GPa,杨氏模量720GPa,热导率790W/(m·K);MP沥青灰分28×10^(-6),中间相含量100%,制得碳纤维拉伸强度2.21GPa,杨氏模量821GPa,热导率848W/(m·K)。MP碳纤维较SD碳纤维性能更优异的原因在于其具有更大的石墨微晶尺寸、更高的石墨化度及取向度。

高导热中间相沥青基炭纤维的微观结构研究

本文研究了高导热(500~1127 W·m−1·K−1)中间相沥青基炭纤维的微观结构特征,初步建立了微观结构特征与导热性能之间的影响关系。通过XRD、拉曼光谱、SEM和TEM对纤维的显微结构进行了系统表征,结果表明,辐射状的纤维结构热导率较高,并伴随着劈裂状结构特征。La对热导率的影响比Lc更加显著,纤维截面上的R值可作为评估热导率的重要参照指标。在本研究所涉及的纤维中,石墨微晶尺寸越大,微晶缺陷越少,石墨微晶片层沿纤维轴向取向度越好,则炭纤维的热导率越高。

狭缝式化学气相沉积制备SiC涂层及其抗氧化性能研究

为了改善SiC涂层试样的均匀性,同时提高制备效率,利用石墨材料为沉积基体,通过狭缝式化学气相沉积法制备SiC涂层,同时分析并研究了SiC涂层的微观结构和抗氧化性能.研究结果表明:与普通化学气相沉积工艺相比,狭缝式化学气相沉积工艺沉积速率更大,沉积1 h后涂层厚度为17.3μm;狭缝式化学气相沉积工艺制备的SiC涂层晶粒更细,涂层均致密无缺陷,与基体相容性较好.狭缝式化学气相沉积的SiC涂层在1500℃时下具有较好的氧化防护能力,在静态空气中恒温氧化24 h后,氧化失重仅为4.01 mg/cm^2.狭缝式化学气相沉积的SiC涂层表面裂纹的尺寸很小,在氧化过程中更容易被氧化产生的SiO2玻璃态物质封填,而发生自愈合效应,从而使涂层具有良好抗氧化性能.

高导热中间相沥青基碳纤维的氧化行为

以自制高导热中间相沥青基碳纤维(CFMP)为研究对象,采用M55J聚丙烯腈基碳纤维作为对照组,研究了CFMP在不同氧化温度和时间下的氧化行为。结果表明:CFMP表现出“外层褶皱辐射+内层洋葱皮”状结构特征,石墨微晶发育程度好,取向度高,发生氧化时氧气分子优先沿着CFMP褶皱辐射状炭织构之间的微裂纹或微孔扩散和反应,形成具有径向裂纹和局部凹坑的氧化特征。在低温氧化阶段,纤维的氧化行为受碳-氧化学反应控制,CFMP石墨微晶的活性位浓度低,所以起始反应温度比M55J高,氧化失重率比M55J低;在高温氧化阶段,纤维的氧化行为受扩散控制,CFMP内部的氧扩散路径多,所以氧化失重率比M55J高;同时氧化造成了CFMP微观缺陷尺寸更大、数量更多,氧化后纤维强度保留率仅为78%,低于M55J的85%。本文为高导热C/C复合材料的结构设计和实际服役提供一定的技术和理论参考。

中间相沥青炭纤维增强金属基复合材料研究进展

中间相沥青炭纤维具有高导热、高模量的优势,既可作为增强体承担载荷,又可作为热传导的载体疏导热量,是一种结构功能一体化的高性能纤维材料。中间相沥青炭纤维增强金属基复合材料与常规炭纤维增强金属基复合材料相比,在保持高比强度、高比模量、低热膨胀系数、耐磨性好等性能特点的同时,还兼具高导热特性,已广泛应用于航空航天及尖端工业等领域。本文综述了中间相沥青炭纤维增强金属基复合材料的组成、预制体结构设计、界面改性方法、制备工艺、材料性能及其应用,并展望了其未来的发展方向。

氧化速率对石油基中间相沥青炭纤维结构和性能的影响

以石油基中间相沥青为原料制备高性能沥青炭纤维,重点探究预氧化过程中升温速率对中间相沥青炭纤维结构和性能的影响。采用扫描电子显微镜、电子探针显微分析仪、纤维强伸度仪等分析手段研究了不同氧化速率下纤维的微观形貌、氧含量及分布、力学和导热性能。结果表明:随着氧化速率从0.5℃/min增大到1.3℃/min,石墨纤维均呈现大角度劈裂,热导率和拉伸强度出现先增大后减小的趋势。氧化速率越慢,中间相沥青纤维横截面上的氧含量分布越均匀,更容易获得综合性能更高的纤维。但是,过度氧化会导致沥青分子的氧化分解,从而降低纤维的热导率和拉伸强度。在0.7℃/min氧化速率下纤维皮芯结构效应最弱,石墨纤维性能最佳,热导率及拉伸强度分别为1029 W/(m·K)和3.09 GPa。

中间相沥青基碳纤维石墨化度对Cf/Al界面损伤的影响

以不同石墨化度的中间相沥青基碳纤维为基底磁控溅射构筑Cf/Al界面,研究了不同石墨化度Cf/Al界面微观结构的演变,并与聚丙烯腈碳纤维比较揭示了Cf/Al界面的损伤机制。结果表明:随着石墨化处理温度的提高中间相沥青基碳纤维的石墨微晶尺寸增大、取向度和石墨化度提高,Cf/Al界面的反应程度降低和碳纤维损伤减少。不同石墨化度Cf/Al界面的损伤决定于初始缺陷的数量和后续裂纹在碳纤维内部的增殖和扩展。在2400℃和2700℃石墨化处理使裂纹更容易在中间相沥青基碳纤维石墨微晶片层间扩展,去除镀层后纤维损伤比聚丙烯腈碳纤维分别高5.19%和3.70%;在3000℃石墨化处理后,化学惰性较大的中间相沥青碳纤维使界面反应产生的缺陷数量大幅度减小,去除镀层后纤维的损伤比聚丙烯腈碳纤维低1.85%。

石墨化温度对中间相沥青炭纤维微观结构及性能的影响

以自制中间相沥青炭纤维为原料,探究连续石墨化处理温度对中间相沥青炭纤维微观结构和性能的影响。采用SEM、XRD、TEM、Raman、万能材料试验机、微欧计等分析手段研究了不同石墨化温度下处理的石墨纤维微观形貌、晶体尺寸、取向、力学及导热性能。结果表明:随着石墨化温度从2300℃升高到2600℃,纤维的热导率从315 W·m-1·K-1提高到582 W·m-1·K-1,杨氏模量从526 GPa增加到704 GPa,拉伸强度从1.61 GPa提高到2.58 GPa。原因是随着石墨化温度的升高,纤维的石墨微晶尺寸变大,石墨片层沿纤维轴向的择优取向度明显增加,石墨片层的扭曲、交联等微晶缺陷减少。