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《华东理工大学》 2011年
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一步热态成型制备C/C复合材料

张严文  
【摘要】:C/C复合材料具有抗拉强度高、热导性能好、抗热震性能优良、耐烧蚀性强等特性,是当前热点发展的新型耐高温结构材料之一。探索有效、简便方法制备导热C/C复合材料,可以满足航空航天、军工、电子等高科技领域快速发展的需要。 本研究依据中间相有序生长机理,以煤沥青为原料,采用热聚合方法制备出一定TS(甲苯可溶物)值中间相沥青为基体炭,然后热捏合增强体短切碳纤维,将炭糊料置于模具中热压制得炭前躯体,再经过炭化、石墨化得到导热C/C复合材料。结果表明:当热聚合中间相沥青TI(甲苯不溶物)值为82.1%,纤维质量分数为7%时,可以制备出中间相有序结构的柱状初坯体,孔隙率最小值为16.95%;经过石墨化后所得到的导热C/C复合材料,其特性为:轴向导热系数变化较小,径向导热系数最大值达到127.5W/(m·K)。 在此基础上,为改善C/C复合材料的二维导热性能,实验设计了双向液压热态成型机和变空腔管径模具以便获得导热系数各向异性比小的复合材料。结果表明:改变块体材料的挤出形态可使得纤维在炭基体内沿压力方向有序排布,中间相沥青沿轴向由短程有序结构向长程有序纤维状结构发展;XRD检测表明:当下空腔管径越来越小时,石墨微晶层间距变小(0.3389nm-0.3379nm),石墨微晶的排列逐渐规整;随着管径变小,轴向导热系数增大到115.5 W/(m·K),块体材料导热各向异性比从1.62减小为1.22,二维导热系数趋于均匀。
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