石墨顆粒,炭材料的石墨化度是各項(xiàng)性能最重要的指標(biāo)之一,通過(guò)石墨化,碳進(jìn)一步富集,碳原子實(shí)現(xiàn)由亂層結(jié)構(gòu)向石墨晶體結(jié)構(gòu)的有序轉(zhuǎn)化。然而,炭材料的石墨化通常要在很高的溫度下進(jìn)行,為了提高石墨化度和降低石墨化溫度,通常在炭材料中添加某些無(wú)機(jī)或者有機(jī)催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)炭材料的高效石墨化,即所謂的催化石墨化。研究一些新型催化劑及催化劑負(fù)載方法對(duì)聚丙烯腈(PAN)基炭纖維和炭/炭復(fù)合材料的催化石墨化以及經(jīng)高溫?zé)崽幚砗筇坎牧闲阅艿淖兓?主要內(nèi)容如下：
石墨粒復(fù)合材料制備及其性能研究：以呋喃樹(shù)脂和石墨氧化物為原料,采用在1.5 cm口徑試管中成型的方法制備了石墨烯納米片增強(qiáng)呋喃樹(shù)脂炭(G/C)復(fù)合材料,研究了以石墨烯作為G/C復(fù)合材料的增強(qiáng)體對(duì)其石墨化度以及力學(xué)性能和電學(xué)性能的影響,并探討了石墨氧化物對(duì)G/C復(fù)合材料力學(xué)和電學(xué)性能影響的機(jī)理。G/C復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)變化通過(guò)XRD進(jìn)行表征,并利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和四探針測(cè)試儀對(duì)高溫?zé)崽幚砗驡/C復(fù)合材料的力學(xué)與電學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：采用石墨烯作為G/C復(fù)合材料的增強(qiáng)體,不僅有效促進(jìn)了G/C復(fù)合材料的石墨化,而且由于石墨烯具有的優(yōu)異的電學(xué)和力學(xué)性能,使得G/C復(fù)合材料的導(dǎo)電性和機(jī)械性能都得到了很大程度的提高,從而有利于高溫?zé)崽幚砗驡/C復(fù)合材料的應(yīng)用。
石墨化度及殘留催化劑對(duì)C/C復(fù)合材料性能的影響：以添加了4wt.%釔催化劑的呋喃樹(shù)脂和硝酸氧化處理過(guò)的PAN基炭纖維為原料,采用熱壓成型的方法制備炭纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料,研究了不同熱處理溫度下C/C復(fù)合材料的性能變化趨勢(shì)以及殘留催化劑對(duì)C/C復(fù)合材料性能的影響。復(fù)合材料的石墨化度通過(guò)XRD進(jìn)行表征,并利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和四探針測(cè)試儀對(duì)不同熱處理溫度下C/C復(fù)合材料的力學(xué)與電學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：催化劑釔對(duì)C/C復(fù)合材料石墨化程度的提高起到明顯的促進(jìn)作用。隨著熱處理溫度的提高,C/C復(fù)合材料的電阻率逐漸減小,導(dǎo)電性能與石墨化度提高成正比關(guān)系；抗壓強(qiáng)度減小,殘留的催化劑對(duì)C/C復(fù)合材料的力學(xué)性能有明顯的損害作用。 采用在硼酸和氯化鎳溶液中交替電解的方法促進(jìn)PAN基炭纖維的催化石墨化：一方面,采用弱酸硼酸作為電解質(zhì),使得實(shí)驗(yàn)條件變得溫和；另一方面,通過(guò)交替電解成功地破壞了炭纖維的組織結(jié)構(gòu),并同步實(shí)現(xiàn)了催化劑(硼酸和鎳)在炭纖維上的擔(dān)載和分散,有效地促進(jìn)了PAN基炭纖維的催化石墨化。纖維的形貌和結(jié)構(gòu)變化分別采用掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)進(jìn)行分析表征。結(jié)果表明：經(jīng)在上述電解液交替電解處理過(guò)的炭纖維經(jīng)2400℃熱處理1小時(shí)后,其石墨化度提高至85%,Lc為150 A。 炭材料具有比重小、耐熱、耐腐蝕、耐熱沖擊、導(dǎo)電、傳熱性好、高比強(qiáng)度、高比模量、抗輻射、良好的阻尼、減震、降噪等一系列其它材料所沒(méi)有的綜合特性,被認(rèn)為是面向21世紀(jì)的極有發(fā)展前途的新材料。
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