新形炭材料的研究与应用论文

新型炭材料的研究与应用论文化工126王文璞要讨论炭材料，必须要首先区分碳和炭的区别。碳是指元素。碳材料通常指含有碳元素并为主体的材料。炭是指由碳元素构成的无恒定组成及性质的含碳物质。碳材料通常是特指和石墨材料。炭材料则是广义的含炭的材料。炭的种类1.木炭：是一种多孔性物质，多孔性物质的表面积必然很大。物质的表面积越大，它吸附其他物质的分子也就越多，吸附作用也就越强烈。如果在制取木炭时不断地通入高温水蒸气，除去沾附在木炭表面的油质，使内部的无数管道通畅，那么木炭的表面积就会更大。经过这样加工的木炭，叫做活性炭。显然，活性炭比木炭有更强的吸附作用。2.焦炭：烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干流）。由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。3.活性炭：是一种非常优良的吸附剂，它是利用木炭、竹炭、各种果壳和优质煤等作为原料，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。它具有物理吸附和化学吸附的双重特性，可以有选择的吸附气相、液相中的各种物质，以达到脱色精制（蔗糖脱色）、消毒除臭和去污提纯等目的。使用前经过烧灼能提高其吸附效果，原理是烧灼可以使其内部管道内附着的油脂或其他物质燃烧殆尽，增加其表面积。4.炭黑：一种无定形炭。轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范围从10-3000m2/g，是有机物（天然气、重油、燃料油等）在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。比重1.8-2.1由天然气制成的称“气黑”，由油类制成的称“灯黑”，由乙炔制成的称“乙炔黑”。此外还有“槽黑”“炉黑”。按炭黑性能区分有“补强炭黑”、“导电炭黑”、“耐磨炭黑”等。可作黑色燃料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂，提高橡胶的耐磨性能、抗撕裂性能等，填充于轮胎、橡胶鞋底。新型炭材料就是炭纤维增强炭基复合材料一、炭纤维增强炭基复合材料1.炭纤维增强炭基复合材料是采用特殊工艺整体制成的隔热材料，具有密度低、导热系数小、炭含量高、节约能源、热室环境洁净等特点，主要适用于多晶硅、单晶硅铸锭炉、真空高压气淬炉、板状加热体及加工各种高温架构件的原材料。本项目建设年产200吨炭纤维增强炭基复合材料——硬质炭毡项目，总占地面积64375平方米。（1）创新点本项目所使用的高温纯化炉是目前国内最大单体高温纯化设备，其采用卧式单室双开门路型，并配以气动锁圈自动锁紧装置，操作方便，工作可靠。根据使用要求，对致密化的炭纤维增强炭基复合材料进行高温热处理。（2）预期目标产品可广泛应用于航天航空工业、军事工业以及工模具行业、硬质合金行业、粉末冶金行业、特殊及有色金属合金的熔炼和铸造行业，产品使用温度1500—2600℃。（3）市场分析目前，国内对炭/炭复合材料板材主要依靠日本、德国进口，需求逐年上升，本项目产品填补国内空白，是太阳能电池、集成电路板所需高纯硅生产过程中所必须使用的保温材料，具有不可替代的作用，市场前景十分广阔。2.炭纤维是纤维状的炭材料，其化学组成中炭元素占总质量的90%以上。炭纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。作为高性能纤维的一种，炭纤维具有炭材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代军民两用新材料，已广泛用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等邻域。二、炭纤维增强炭基复合材料的界面炭纤维增强炭基（炭/炭）复合材料中的界面直接影响材料的力学、物理、抗氧化等性能。深入对炭/炭界面的研究。对于改进材料结构、提高材料性能意义重大。本文对炭/炭复合材料界面研究的意义、方法、现状作了介绍，并展望了研究的趋向。炭纤维增强炭基（炭/炭）复合材料是一类特殊组成的材料，它以炭质材料为基体，用炭（石墨）纤维作增强体，基本化学组成为单一的炭元素。炭材料所特有的轻质、低膨胀系数、耐烧蚀、抗热震等优良特性使得炭/炭复合材料在高温、强腐蚀等苛刻工作条件下的使用成为可能。同时，经炭纤维增强后，单纯炭基体脆性易断的缺陷得到了改善，使炭/炭材料具有较好的力学性能。目前，炭/炭材料已被广泛应用于火箭喷管、航天飞机机体结构、发动机高温构件、飞机刹车盘以及医学、文体用品等领域中。炭/炭复合材料中炭纤维/基体炭间的界面作为连接纤维、基体两个基本组分的桥梁，直接影响炭/炭材料的力学、热物理及抗氧化等性能，在整个材料结构中具有特殊的地位和作用。而炭/炭复合材料制备工艺多样，作为原材料的基体炭源和炭纤维种类繁多，这就使得不同制备工艺、不同类型炭/炭材料的微观组成、界面结构等差异很大。正是由于炭/炭界面结构复杂多样，人们对炭/炭界面的认识仍不很充分。三、炭纤维发展前景无限炭纤维的应用十分广泛。目前，炭纤维除了应用于传统的航空航天和军工等领域外，在新型纺织机械、炭纤维复合芯电缆、油田钻探、风力发电叶片、核电、医疗器械、汽车构件、建筑补强材料、文体用品等领域也都有应用。据中投顾问产业研究中心相关统计数据显示，现在世界炭纤维的需求量每年的增长速度约为13％，预计到2018年，世界聚丙烯腈基炭纤维的需求量将可能达到10万吨。目前，由于看到炭纤维巨大的需求市场，一些已有炭纤维产能的国家和相关企业在不断扩大产能，而一些没有炭纤维产能的国家和企业也在加大炭纤维产能的投资建设力度。据了解，具有炭纤维生产能力的主要有中国、英国、法国、德国、日本、美国和匈牙利等国家。此外，随着炭纤维应用领域的逐渐扩大，一些没有炭纤维产能的国家和企业也在加大力度投资建设炭纤维产能。例如，韩国、印度、土耳其等国。由于炭纤维同时具备纤维的柔软可加工性和炭材料的强抗拉力两大特征，而且，其产品优势相当明显，世界各国对炭纤维的未来发展空间都十分看好。四、我国炭纤维复合材料应用进程加速以炭纤维等为代表的新材料是二十一世纪发展最快的产业之一。炭纤维复合材料是先进复合材料的典型代表，作为结构、功能或结构/功能一体化构件材料，在军机、导弹、运载火箭、卫星飞行器以及风力发电叶片上发挥着不可替代的作用。现在，复合材料的用量已成为衡量飞行器先进性的重要指标之一，机体结构复合材料化程度也已成为飞机先进性的重要标志。前不久针对我国启动的大飞机攻关项目，专家明确提出，复合材料用量应至少达到百分之二十五。但由于技术原因，炭纤维这种重要增强材料的工业化进展一直不快，炭纤维生产一直由美国和日本两国主导，我国炭纤维原料及其复合材料一直严重依赖进口。炭纤维材料长期受制于人，进口价格令人难以接受，原料基础差已成为炭纤维复合材料应用推广的最大“瓶颈”。总结新型炭材料在新世纪拥有广泛的应用空间。其特殊的性质和辅助作用在多种工业方面都有重要用途。多种新材料都应用了炭材料技术，更为重要的是在国家重工业和国防工业中，新型炭材料有不可替代的重大作用。在科技飞速发展的当今，掌握先进技术是科技进步和经济发展的重要一环。我们突破了炭材料研究的“瓶颈”就应该更加注重炭材料科技的发展。摆脱不利局面。碳纤维复合材料原材料的解决必将导致碳纤维市场已有局面的打破，也预示着我国碳纤维复合材料的应用进程将加速。