C-C復(fù)合材料浸漬用基體前驅(qū)體煤瀝青的研究.pdf

1、炭/炭(C/C)復(fù)合材料是一種優(yōu)異的復(fù)合材料，具有很好的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，但是，C/C復(fù)合材料成本高、周期長及工藝復(fù)雜等問題影響其應(yīng)用和發(fā)展。因此，研制低成本、高性能的C/C復(fù)合材料已受到世界各國的普遍關(guān)注，而開發(fā)低成本、高性能、工藝性能好的基體前驅(qū)體是關(guān)鍵所在。 本文以煤瀝青為研究對(duì)象，首先分析了煤瀝青的基本性能。以煤瀝青和添加3wt％硼酸或碳化硼的煤瀝青為原料制備煤瀝青炭。以煤瀝青為浸漬劑制備了C/C復(fù)合材料。借助流變儀

2、、光學(xué)顯微鏡、同步熱分析儀、SEM、XPS等分析手段對(duì)煤瀝青的基本性能、制備的煤瀝青炭的微觀形貌、石墨化度和抗氧化性能進(jìn)行分析和研究，同時(shí)對(duì)制備的C/C復(fù)合材料界面進(jìn)行分析。主要研究結(jié)論為： (1)高溫煤瀝青的殘?zhí)柯首罡?，浸漬劑瀝青的流變性能最好。煤瀝青的熱失重曲線可以分為三個(gè)階段，在第Ⅱ階段(300℃到550℃)失重最快。高溫煤瀝青表現(xiàn)出較好的熱性能(失重起始溫度最高，最大失重速率溫度最高，相同條件下失重最少)。通過熱分析計(jì)算

3、了煤瀝青的活化能，高溫煤瀝青的活化能為142.28kJ/mol，中溫煤瀝青的活化能為178.78kJ/mol，浸漬劑瀝青的活化能為150.90kJ/mol。 (2)瀝青族組分影響瀝青炭的微觀形貌，QI含量越低、TS含量越高越有利于形成流線型結(jié)構(gòu)，反之，則形成鑲嵌型結(jié)構(gòu)。煤瀝青炭的微觀結(jié)構(gòu)都以流線型為主，高溫煤瀝青炭中有少量鑲嵌型結(jié)構(gòu)，中溫煤瀝青炭中有少量鑲嵌型結(jié)構(gòu)和流線域型結(jié)構(gòu)，浸漬劑瀝青炭基本全是流線型結(jié)構(gòu)。流線型結(jié)構(gòu)的煤瀝青

4、炭易石墨化，鑲嵌型結(jié)構(gòu)的煤瀝青炭難石墨化。相同條件下，浸漬劑瀝青炭的石墨化度最高。 (3)煤瀝青炭的石墨化度隨著溫度的升高而提高，具有“兩頭增長慢，中間增長快”的特點(diǎn)。添加的硼酸、碳化硼起到不同程度地促進(jìn)石墨化的作用，碳化硼的促進(jìn)作用明顯優(yōu)于硼酸。此外，添加的硼酸和炭化硼對(duì)煤瀝青炭的成炭形貌有一定影響，從而影響了煤瀝青炭的石墨化度。 (4)煤瀝青炭的氧化反應(yīng)在低溫下主要受化學(xué)反應(yīng)機(jī)制控制，失重緩慢；而在高溫下則主要受反應(yīng)

5、氣體擴(kuò)散機(jī)制控制，失重很快。浸漬劑瀝青炭的抗氧化性能優(yōu)于高溫、中溫煤瀝青炭。添加劑不同程度地改善了煤瀝青炭的抗氧化性能，抗氧化能力的改善程度與添加劑種類和熱處理溫度有關(guān)，其改善抗氧化性能的機(jī)理是：一，促進(jìn)石墨化使得煤瀝青炭中缺陷變少，二，硼化物轉(zhuǎn)化生成的氧化硼阻礙了氧化氣氛對(duì)煤瀝青炭活性部位的氧化。 (5)瀝青炭圍繞著炭纖維逐層生長，呈層片狀條帶結(jié)構(gòu)，與炭纖維形成POG結(jié)構(gòu)，它們的界面結(jié)合不連續(xù)；瀝青炭圍繞著CVD炭垂直生長，呈