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《中南大学》 2008年
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中间相沥青基炭泡沫的制备及其性能研究

陈峰  
【摘要】: 美国空军实验室以中间相沥青为原料,采用鼓泡法首次制得了具有良好机械性能的中间相沥青基炭泡沫。数年后,美国橡树岭国家实验室的Klett等人以中间相沥青为原料,采用自发泡法制备了具有优异导热性能的中间相沥青基炭泡沫。中间相沥青基炭泡沫具有密度低、热导率高、机械强度较高、耐热应力和热冲击性好等特点,在高导热材料、多孔电极、催化剂载体、过滤材料、结构材料等领域有广阔的应用前景,从而引起了人们的广泛关注和研究。 本文以AR中间相沥青为原料,采用自发泡法制备了中间相沥青基炭泡沫,通过扫描电镜和光学显微镜观察了其显微结构,检测了炭泡沫的体积密度、抗压强度、导热系数等性能,系统地研究了发泡工艺及后继热处理工艺对炭泡沫的影响,并采用气相沉积热解炭和添加碳化硼对炭泡沫进行了改性处理。研究结果表明: (1)炭泡沫的性能随发泡压力的上升而增加;采用恒压的加压方式可以制得孔隙结构均匀,性能更优异的炭泡沫; (2)在本研究中,在410~430℃的发泡温度下发泡2h制备的炭泡沫具有更良好的导热性能; (3)经过850~2500℃的后继热处理,炭泡沫的体积密度和抗压强度均随热处理温度的增加而先增加后降低,导热系数则随热处理温度的增加而增加; (4)在炭泡沫内部沉积热解炭后,其抗压强度显著增加:将体积密度为0.149g·cm~(-3),抗压强度为0.66MPa的炭泡沫分别经过10h和70h气相沉积热解炭处理后可依次得到体积密度为0.196g·cm~(-3),抗压强度为1.89MPa,导热系数为0.314W·m~(-1)·K~(-1)和体积密度为0.461g·cm~(-3),抗压强度为11.93MPa,导热系数为1.581 W·m~(-1)·K~(-1)的炭泡沫; (5)通过CVD PyC处理可以增加炭泡沫韧带宽度,封填孔壁裂纹,提高抗压强度。沥青炭和热解炭之间无明显界面,两者结合良好,但碳原子在两者中的取向程度不同。 (6)在沥青粉末中添加5~15%左右的碳化硼后会导致炭泡沫孔壁出现较多的微裂纹,从而降低了炭泡沫的性能。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB383.4

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