CC复合材料中间相沥青

碳/碳复合材料姓名：吴佳育学号：2014231001中间相沥青的性质与应用碳/碳复合材料以碳为基体，利用碳纤维进行增强得到的碳复合材料，叫做C/C复合材料（Carbon/CarbonComposite）它具有良好的机械性能、耐热性、耐腐蚀性、摩擦减振特性及热、电传导特性等特点。质轻、比强度、比弹性模量都很高。可用来制作火箭发动机的喷管、航天飞机的襟翼、飞机的制动盘等。碳/碳复合材料碳/碳复合材料的制备预成型体预成型体是一个多孔体系，含有大量空隙。如三维碳/碳复合材料预成型体中的纤维含量仅有40%，也就是说其中空隙就占60%。碳/碳复合材料的预成型体可分为单向、二维和三维，甚至可以是多维方式，大多采用编织方法制备。三维结构四维结构炭纤维炭纤维——由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气氛中经高温(1500ºC)碳化而成的纤维状碳化合物，其碳含量在90%以上碳纤维微观结构是由几乎平行于纤维轴向排列的类石墨微晶构成，这样的结构使纤维表现各向异性特征。平行于纤维纵向的弹性模量、强度和热/电传导性能较大，而横向相应的性能要比纵向小一个数量级。炭纤维石墨微晶组成原纤维，直径50nm左右，长度数百纳米。原纤维呈现弯曲、彼此交叉的许多条带状结构组成，条带状的结构之间存在针形空隙，大体沿纤维轴平行排列。炭纤维的制备有机纤维碳化法：将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维，然后在惰性气氛中高温焙烧碳化，使有机纤维失去部分碳和其他非碳原子，形成以碳为主要成分的纤维状物。此法用于制造连续长纤维。气相法：在惰性气氛中将小分子有机物(如烃或芳烃等）在高温下沉积成纤维。此法用于制造晶须或短纤维，不能用于制造长纤维炭纤维的制备聚丙烯腈基炭纤维（PAN-CF)的制备工艺预氧化200~300℃PAN纤维六元环的梯形结构O2，张力炭化在300℃～1500℃的惰性气氛(N2)中进行，炭纤维生成的主要阶段。除去大量的氮、氢、氧等非碳元素，改变了原PAN纤维的结构，形成了炭纤维。含碳量95%左右。预氧化纤维300~1500℃，N2，张力乱层石墨结构(二维六边形网状结构，层间无序，含C量92％)石墨化在2000℃～3000℃的温度下，密封装置，施加压力，保护气体(Ar)中进行。目的是使纤维结构转变为规整的石墨晶体结构，与纤维轴方向的夹角进一步减小以提高碳纤维的弹性模量致密化成型后的预制体含有许多孔隙,密度也低,不能直接应用,须将炭沉积于预制体,填满其孔隙,才能成为真正的结构致密、性能优良的碳/碳复合材料,此即致密化过程.传统的致密化工艺大体分为液相浸渍和化学气相沉积两种。基体碳典型的基体碳有热解碳（CVD碳）和浸渍碳化碳。前者是由烃类气体的气相沉积而成；后者是合成树脂或沥青经炭化和石墨化而得。树脂碳和沥青碳：均是碳纤维预成型体经过浸渍树脂或沥青等浸渍剂后，经预固化，再经碳化后获得的基体碳。CVD化学气相沉积法(CVD)是非常成熟的制备高密度C/C复合材料的工艺。其基本工艺和原理是将炭纤维编制体放入沉积炉中,通入反应气体(如CH4等),加热至反应温度。反应气体在受热的条件下发生热解反应生成活性基团,当其与预制体相接触时转变为炭并沉积下来。其反应模型如下所示(以CH4为例):液相浸渍法液相浸渍法是最早使用和最常用的增密C/C复合材料的方法,其工艺流程如图沥青浸渍法炭纤维预成型体经过沥青等浸渍剂后，经预固化，再经炭化后获得的基体碳。(1)浸渍沥青相对密度与增密效果直接相关,沥青的相对密度越大,浸渍后C/C复合材料的增密效果越好。(2)浸渍沥青的相对黏度越低,浸渍剂进入炭纤维织体及气孔的阻力越小,在达到目标增重效果时所需的温度和压力条件越低中间相沥青——性质与应用中间相沥青中间相沥青是高分子化合物,有机化合物或者沥青,重质油等的混合物在经过液相炭化过程中出现的缩合多环芳烃大分子堆叠取向的中间体或这种状态。早期研究发现中间相沥青是一种向列型液晶,其液晶分子为盘状,制备中间相沥青的原料往往分子量较大。但是随着对中间相沥青的研究进一步深入,人们对中间相沥青的定义也进行了新的扩展:(1)中间相分子不一定为盘状分子,也可以为棒状分子如萘系中间相沥青(2)制备中间相的原料还可以为纯多环芳烃化合物如:萘,蒽,甲基萘等。中间相沥青的性质中间相沥青在一定的温度范围内会转变为液晶态,其内部片层状的多环芳烃大分子会以类石墨结构进行排列和自组装从而形成向列型液晶。由于其内部的分子具有高度的取向性,使其在高温处理时很容易石墨化。中间相沥青中间相沥青由于片状多环芳烃大分子具有取向性结构,是一种向列型液晶,与传统沥青相比具有高炭化收率,易石墨化,高密度等优点。人们发现使用中间相沥青代替普通沥青浸渍炭纤维编织体是一种高效制备高性能C/C复合材料的方法,并且制备的复合材料具有极好的导热性能。科研工作者投入了大量精力研究和制备高性能中间相沥青,并将其应用于制备C/C复合材料。中间相沥青形成机理中间相沥青的应用高性能炭纤维粘结剂泡沫炭高性能炭纤维中间相沥青基炭纤维是将中间相沥青熔融后进行纺丝制成纤维,由于在喷丝过程超高的杨氏模量(900GPa)。经过2800℃石墨化处理后的中间相沥青基炭纤维具有极佳的导热性能粘结剂中间相沥青最重要的一个应用是制备高性能C/C复合材料的炭基体。由于中间相沥青具有高密度,高炭化收率和易石墨化等特点,其制备的C/C复合材料性能优异。使用石墨、MgO和中间相沥青在600℃下烧结的氧化镁炭砖机械强度达到10MPa。石墨化后具有光学各向异性结构的中间相沥青可以极大提高氧化镁炭砖的抗氧化性能。并且均匀分散在MgO表面的中间相沥青提高了氧化镁炭砖在900-1300℃下强度。现在这种以中间相沥青作为粘结剂制备的氧化镁炭砖已经在钢铁工业上得到大规模应用。泡沫炭泡沫炭是一种石墨化多孔炭材料。它是以中间相沥青为原料，采用特殊发泡工艺经2800℃高温处理制备的。其具有高强度(抗压强度达到20MPa),低密度(02-0.8g/cm3),良好的高温适应性(在惰性环境中可以耐受高达3000℃的高温),适中的导电和导热性能和极大比表面积的开孔结构等优异的性能。