高導(dǎo)熱石墨膜增強(qiáng)C-C復(fù)合材料的制備與結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、隨著航空航天、電子器件等領(lǐng)域很多部件的高功率密度化，累計(jì)了大量的熱量，嚴(yán)重制約了這些器件的小型化、集成化和高性能化發(fā)展，使用高導(dǎo)熱率材料成為擺脫這些限制的解決措施。高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料不僅具有密度低、比強(qiáng)度和比模量高等優(yōu)異性能，更兼有優(yōu)異的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，是通訊衛(wèi)星、飛機(jī)剎車片、噴管喉襯、前緣等產(chǎn)熱量高并急需導(dǎo)走熱量的首選使用材料。一直以來(lái)作為C/C復(fù)合材料導(dǎo)熱增強(qiáng)體的中間相瀝青基炭纖維雖然具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，但其存在制備工藝復(fù)雜、編織

2、困難、成本高等缺點(diǎn)，大大限制了高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。針對(duì)以上問(wèn)題，本研究將采用近年來(lái)出現(xiàn)并快速發(fā)展的一種新型高導(dǎo)熱石墨材料——人造高導(dǎo)熱石墨膜作為導(dǎo)熱增強(qiáng)體，制備高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料。其不僅比高導(dǎo)熱中間相瀝青基炭纖維的導(dǎo)熱率高，還具有相對(duì)較低的成本等優(yōu)點(diǎn)。因此用高導(dǎo)熱石墨膜作為增強(qiáng)體，無(wú)疑在提高C/C復(fù)合材料導(dǎo)熱率和節(jié)約成本等方面有很大的作用。
　　本研究采用多次液相浸漬-碳化工藝，以高導(dǎo)熱石墨膜為增強(qiáng)體，浸漬瀝

3、青為基體前驅(qū)體制備高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料。首先討論了石墨膜體積分?jǐn)?shù)對(duì)所制備材料性能的影響。結(jié)果表明:1）石墨膜體積分?jǐn)?shù)也對(duì)C/C復(fù)合材料的熱導(dǎo)率影響較大，隨石墨膜體積分?jǐn)?shù)的增加，材料的熱導(dǎo)率逐漸提高，彎曲強(qiáng)度逐漸下降;2）所制備材料的電阻率隨石墨膜體積分?jǐn)?shù)的增加逐漸下降，其與材料的熱導(dǎo)率增長(zhǎng)趨勢(shì)呈相反關(guān)系;3）石墨膜增強(qiáng)C/C復(fù)合材料的熱導(dǎo)率具有各向異性，其沿石墨膜面向的熱導(dǎo)率是垂直于石墨膜方向的8倍;4）石墨膜體積分?jǐn)?shù)為48％，經(jīng)過(guò)六次

4、液相浸漬-碳化和2800℃高溫石墨化處理后的高導(dǎo)熱石墨膜增強(qiáng)C/C復(fù)合材料沿其石墨膜面向具有最高的熱導(dǎo)率，高達(dá)371.2W·m-1·K-1。
　　然后，本文研究了石墨膜體積分?jǐn)?shù)為50％的C/C復(fù)合材料液相浸漬-碳化次數(shù)和高溫石墨化處理對(duì)所制備材料的微觀結(jié)構(gòu)、導(dǎo)熱率、電阻率和彎曲強(qiáng)度等方面的影響。研究表明:1）液相浸漬-碳化次數(shù)對(duì)C/C復(fù)合材料的熱導(dǎo)率、彎曲強(qiáng)度和電阻率有較大影響，隨著循環(huán)次數(shù)的增多，高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和彎

5、曲強(qiáng)度均逐漸增加，但存在開(kāi)始增加快，后期增加慢的趨勢(shì);2）石墨膜對(duì)其周圍的瀝青前驅(qū)體有誘導(dǎo)取向作用，其周圍的瀝青基體炭會(huì)沿石墨膜表面呈現(xiàn)取向結(jié)構(gòu);3）經(jīng)過(guò)石墨化處理后的C/C復(fù)合材料微晶尺寸和石墨化度大大提高，同時(shí)熱導(dǎo)率也大幅度提高，碳化-浸漬6次并經(jīng)過(guò)2800℃石墨化處理的C/C復(fù)合材料具有較高密度和導(dǎo)熱率，分別為1.46g·cm-3和367.3W·m-1·K-1，同時(shí)其彎曲強(qiáng)度為15.19MPa。
　　此外，本研究還對(duì)所制備C