（材料科学与工程专业论文）碳铝网络互穿结构复合材料制备工艺研究.pdf

豳防科学技术大学研究生院学位论文 摘要 阚络互雾结构复舍捞料熬组织结构及性能均匀燃较好，具有优疆豹力学、热学酾瘴 擦学性能等。为了获得低膨胀系数的碳锅网络互穿结构簸合材料，本文对目前多孔炭 的翻备工艺滋行了详缁静分辑，掇掇了罨l 弱溺青黧添鸯蠢裁溺备块姣三维这瀵多孔炭鹣剩 各工艺；同时，针对网络互穿结构用多孔炭的特点，进行了大量不同工艺条件对成孔性 能影响的试骏；并丽制得的多孔炭材料成功的进行了锚合龛的真空压力浸渍，铡备出了 碳镪网络蕊穿结构复合材料，分亳躁了其膨胀系数测试值与理论计算僮的差器。 蜜验主璎原料为沥青，用尼龙6 和环氧树脂作发泡剂，甲基硅油为表面活性刹，炭照 为未要鬏粒添热裁。酒毒裂煞工艺袋溺分段程彦控潮舞滋，在警i 羲辍式电炉豹空气气氛 中进行。实验结果袭明，当炭黑的禽量为5 0 ，升温速度为1 5 l l ，尼抛6 为发泡剂 时，多孑l 炭的孔分稚均匈，连通孔隙率最赢达到了4 0 醣t 。为滋一步鼹商多孑l 淡的孤 骥率，实验还采用了空气进行氧化处理，氧化湿度为6 0 0 c ，多孔炭的连通魏隙率提高了 4 0 。 键台金豹滚援浸溃实验袋廷z y q 2 5 0 4 0 0 - 1 2 。1 0 0 0 墼囊空压力妒遴 亍，笈备出瓣羰 铝复合材料，其热膨胀系数最小可达7 ，9 4 1 0 一吣。与由t u r n e r 公式获得的计算值进行 琵较分析可知，其热膨胀系数测量值与t u r n e r 公式计算谴相差较大。徽躐分析表嘲在稍 各复合材料过程中产生的内应力以及炭中存在的裂纹，这魑是使热膨】| i 长系数德大拍一要 因素。 关链竭：网络互穿结掬多孑0 淡复合奉砉料 粪空压力浸渡热膨联系数 第1 页 国随秘学技术大学硪究生院学傲论文 a b s t r a c t t h ec o m p o s i t e sw i t h i n t e r p e n e t r a t i n g n e t w o r k sh a v e g o o d s t r u c t u r e h o m o g e n e o u s a n d p e r f o r m a n c e ；a l s ot h e i rm e c h a n i c s ，c a l o r i f l c sa n dt r i b o l o g ya r ee x c e l l e n t i no r d c t ) f a b r i c a t e c a ic o m p o s i t ew i t hi n t e r p e n e t r a t i n gn e t w o r k sa n dl o wt h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c i e n t ，i nt h i s p a p e r , t h em a k i n gp r o c e s so fp o r o u sc a r b o nw a sp a r t i c u l a r l ya n a l y z e d ，a n dt h e t e s tb r o u g h t f o r w a r dt h eb l o c ko f p o r o u sc a r b o n i nw h i c ht h ep o r e sc o n n e c te a c ho t h e rm a d e b yt h et e c h n i q u e o ft h ep y r o g e n a t i o no f p i t c ha n da d d i t i v e s ，t h ee f f e c to f t h ep r o c e s s i n go nt h ep e r f o r m a n c eo f p o r o u sc a r b o n w a sa n a l y z e d i t sc o m p o s i t ew i t hi n t e r p e n e t r a t i n gn e t w o r k sw a s p r e p a r e db yt h e v a c u u mg a s p r e s s u r e i n f i l t r a t i o n ，a n di t s t h e r m a l e x p a n s i o n c o e f f n c i e n tw a sm e a s u r e da n d c o m p a r e d w i t ht h e t h e o r y v a l u e 。 p i t c ha n dc a r b o nb l a c kw e r eu s e da st h em a i nr a w m a t e r i a l s ，n y l o n6a n de p o x ya sv e s i c a n t ， m e t h y ls i l o x a n ef l u i da st h es u p e r f i c i a la c t i v i t y i nt h i sp r o c e s s ，t h ep y r o g e n a t i o nw a sc o n t r o l l e d a td i f f e r e n tr a t eo ft h er i s eo f t e m p e r a t u r ef o re a c hp a r ti na i r 。t h er e s u l t ss h o w t h a tt h er a t i oo f p o r ew a sa b o v e 4 0 a n dt h ed i s t r i b u t i o nw a sw e l lp r o p o r t i o n e dw h e nc a r b o nc o n t e n tw a s5 0 ， n y l o n6s e r v e d 霾sv e s i c a n ta t1 5 ( 2p e rh o u r i no r d e rt oe n h a n c et h er a t i oo fp o r ei np o r o u s c a r b o n ，a i ro x i d a t i o np r o c e s sw a sm a d e a t6 0 0 ( 2f o r1h o u r ，w i t ht h i sp r o c e s s ，t h er a t i oo f p o r e c a nb ci n c r e a s c da b o u t4 0 c a i c o m p o s i t ew a sf a b r i c a t e db yt h ez y q 2 5 0 4 0 0 - 1 2 。1 0 0 0f u r n a c eo ft h ev a c u u mg a s p r e s s u r ei n f i l t r a t i o n i t st h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c i e n tw a s7 9 4 1 0 6 k 一1a n dc o m p a r e dw i t h t h et h e o r yv a l u e sc a l c u l a t e db yt h ef o r m u l ao ft u r n e r 。t h er e s u l t so ft h et h e r m a l e x p a n s i o nw e r e m u c hd i f f e r e n tf r o mt h ev a l u e so ft h ef o r m u l ao ft u r n e r t h ea n a l y s e ss h o w t h a ti n n e rs t r e s si n c a 1c o m p o s i t ea n dc r a c k si nc a r b o na r et h em a i n r e a s o n sf o rt h ed i f f e r e n c e k e y w o r d s ：i n t e r p e n e t r a t i n gn e t w o r k s ；p o r o u sc a r b o n ；c o m p o s i t e s ；v a c u b mg a s p r e s s u r e i n f i l t r a t i o n ；t h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c i e n t 燕1 l 委 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文题目：送z 堡圈缝亘星箜拉簋佥越牲劐垒王艺盈究 学位论文作者签名： 支墨! 匡日期：州年号月哆日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阆；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文题目：堡堡囤鳖亘星筮擅复叠挝魁剜叠兰艺叠塞 学位论文作者签名： 作者指导教师签名： 日期：矽哆年 月召日 日期：如，年j 月哆日 国防科学技术火学研究生院学位论文 图目录 劁21实验方案设计1 5 图2 2 普通建筑沥青和石油沥青树脂的失重曲线1 6 图2 _ 3 三维连通多孔炭的制备工艺过程1 7 图2 4 碳铝网络互穿结构复合材料的制备工艺过程1 7 图2 5 可程序控温的沥青裂解炉示意图2 0 幽2 6 旋转烧结炉示意图o o 一2 1 剀2 7 真空压力浸渍炉示意图2 1 图2 8 有效孔隙率测量装置图2 3 图3 1 多孔炭的x r d 图2 5 | ! | 32 沥青的差热分析1 7 图3 3 沥青炭化时在炭黑上形成球冠状的晶核2 9 图3 4 多孔炭的s e m 照片一2 9 图35 多孔炭的s e m 照片3 0 图3 6 多孔炭的低倍照片3 1 圈3 7普通建筑沥青和炭黑6 0 及石油沥青树脂和炭黑4 0 制备的多孔炭低倍照 j = 3 2 图3 8 两沥青混合物和炭黑5 鼢韦恪的多孔炭的 氐倍照片3 2 图3 9 多孔炭的抗压曲线3 2 图3 1 0 单一沥青制备的多孔炭的低倍照片3 3 图3 1 l 多孔炭区域一及其能谱图3 5 图3 1 2 多孔炭区域二及其能谱图”3 5 图3 1 3 尼龙6 含量分别为毋6 和1 5 制备的多孔炭的低倍照片3 6 图3 1 4 尼龙6 含量与多孔炭有效孔隙率的关系曲线3 6 剀3 1 5 气泡交界处的p l a t e a u 边界3 7 i 驾3 1 6 没加甲基硅油多孔炭的低倍照片3 8 图3 1 7 加甲基硅油多孔炭的低倍照片3 8 图3 1 8 沉降颗粒的受力3 8 图3 1 9 旋转烧结工艺制备的多孔炭的低倍照片4 i 第i v 页 国防科学技术大学研究生院譬僚论文 瑟3 2 0 颓斜恁与多魏炭寄效孑t 藩率静关系蕊线4 图3 2 l 多孔淡制舔肘的加热过程4 3 鹜3 2 2 舞漱速度与多孔炭肖效孔豫率酶美系蓝线4 3 璺3 + 2 3 不蠲嚣涅逮凄剑备躲多孔蒎憋低傣照冀4 4 图3 2 4 氧化处理工艺4 5 漤3 + 2 5t u r n e r 摸瓷器意霭一 7 图3 2 6 各试样的热膨胀系数实测德及其计算值4 9 圈3 。2 7 酸语霹终互雾蘩梅复台糖精戆拣鹾鏊线4 9 图3 2 8 碳铝网络互穿结构复合材料的s e m 照片4 9 籀v 蔓 国防科学技术火学研究生院学位论文 表爨录 衰2 1 实验掰爱设餐2 0 农3 1 沥青和炭照古量的瓯配关系3 1 衮3 。2 不嗣蘸辩案l 蚕懿多藐嶷豹露效孔敲攀3 4 表3 3 氧化前和毓化后多孔炭的谢效孔隙举4 6 表3 4 石墨颗粒镭霰多我炭兹舔澎藤系数5 0 蔽3 。5 热处理翦、恁碳锅网络互穿结构复合材料豹热膨胀系数”5 l 一_ 一一_ m h _ _m 第v i 页 国防科学技术火学研究生院学位论文 第一章儆言 1 1 网络互穿结橡复合材料的磷究现状 遮年来，一耱鬻型豹网终互穿缝梅复台骞舂辩弓 起了a 锏兹注意。复会麓糕筑技凝一 方面要求增加第二相粒子的体积分数，又黎保留原有相的浆些性能特点，得到结构功能 一体能靛键瓣。为繇决这一毪链上麓矛詹，久稍开始胰圈络互安缭襁方舔寻求途衽e 网 络甄穿结构艇合材料具有优良的力学、热学和摩擦学等性能，其组织结构则具有拓扑均 匀谯。互穿结构“复合材料”在生物圈中比较常见，例如，哺乳动物的骨潞，阻殿树干 i l 捌技，但东合成材辩领域郯不多。基翦爨内终职究较多的是辫瓷鐾和聚会物些黝湖络 互穿结构材料，在愈属基复合材料中应用网络互穿结构理论的计算分析早已有报邋，但 实繇应蠲匏较少。缀据阏终互穿结褥戆理论计算，在金瘸麓复台耪料中获褥霹络互穿结 构时，相同体积分数下可以充分发挥非金属相低膨胀系数的特性，获得高导热率低膨胀 系数的金属藏复合槠料。 1 1 1 秘络互穿结构笈合耱耩的制备方法 阚络互穿结构笈舍耱褥豹翻备一毅分为嚣步：多琵露架静铡各与金瘸第二耩静浸 渗。无论从制备工拨的角度还是从结构性能的角度，多孔骨架的制备工艺都是制锫网络 互穿结榆复合栩料的关键步骤。国防科技大学在研究金属第二稆的浸渗工艺方商已有多 年的研究历史，工麓已较成熟，因戴本文以铡备多魏嚣架款芝艺研究为主婺磺究内容。 多孔骨架的制铸方法有： ( 1 ) 烧结法。首先将制备多孔骨架的颗粒在压力机上挤压 藏坟装矮羚髂浇注法劳疆戳特定弱秸结裁翔王袋形，然纛程浇结妒两淤逶警澄度浇结蠢 成。这种工艺简单易行，成本低，但压实稷度和孔隙尺寸分布不易控制。( 2 ) 陶瓷发泡 法。在陶瓷中加入袋泡荆，然后加热使发泡剂分解挥发，褥蓟多孔骨架，现已不多用。 ( 3 ) 烧蚀法。用粉体浇注的方法_ 谯多孔聚合物蠹浇注一爨翅瓷，卡燥慝放入氧化| 炉中女h 热，其中的聚合物被烧蚀撺，留下彤貌与聚合物对应的多孔陶瓷。这种方法适于大批量 生产，魏逡邋率较舞，毽多孔毽瓷豹强震季易控鼷，在众璃浸搂避疆中翳发生坍塌瑷 象。( 4 ) 腐蚀法。这类材料通常是在s p i n o d a l 分解的基础上，腐蚀掉其中一相，制成多 第t 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 孔材料。( 5 ) 编织法。把碳纤维编织成多孔的构架，然后用c v d 法在构架上沉积一层 碳制得多孔骨架。 金属第二相的浸渗方法有： ( 1 ) 挤压铸造法。通过压机将液态金属强行压入多孔骨 架中，并在压力下凝固，最终制成复合材料。( 2 ) 浸渍法。此法分为无压浸渍与真空压 力浸渍两类。无压浸渍法是在浸渍过程中不需要外加压力，在多孔骨架孔隙毛细管力的 作用下，熔融金属自发地进入预制件中。这种方法受到合金成分、浸渍温度、浸浈时叫 以及大气成分的影响。真空压力浸渍法是采用高压惰性气体将液体金属压入抽成真空的 多孔骨架中，在内外压力差的作用下凝固生成复合材料的方法。其材料组织致密，是一 种适合于批量生产、易于控制、适用性广的制备方法。 ( 3 ) 原位法。复合材料组成相的 一部分或全部在浸渍过程中由液态金属与增强相发生原位反应或自身分解生成，这样反 应生成相与复合材料其他相相容性好，界面结合稳定。 1 1 2 网络互穿结构复合材料的组织特征及其表征 l ，1 2 1 网络互穿结构复合材料的组织特征 会属浸渗多孔骨架的过程相当复杂。宏观上，金属液相的浸渗过程符合d a r c y 定律 ( 浸渗深度与浸渗时问的平方根成正比) ，但是如果在制备过程中浸渗剂或多孔骨架发 生变化，上述抛物线关系有可能发生偏差。浸渗过程中为了避免组织出现央杂等缺陷， 需要一个稳定的浸渗界面。根据渗透理论，在较低的渗透率时。局部毛细管作用控制了 渗透前沿；在较高的渗透率时，压力梯度影响渗透前沿的稳定性。如果浸渗相比被它顶 替的气相或液相更粘稠，浸渗前沿就是稳定的，否则，浸渗前沿不稳定，导致兴杂。 p s a n g s u w a n 2 1 研究c s i 互穿结构复合材料时发现，随着硅熔体温度的升高，浸渗界面稳 定性降低。当t 1 7 8 3 k 时，浸渗界面逐渐由平面变为参差不齐的形状。 尽管网络互穿结构复合材料组织宏观上具有拓扑均匀性，但现有的制备方法都会造 成其微观组织上不同程度和不同形式的紊乱。微观组织紊乱是互穿相复合材料组织最本 质的特征，这种紊乱或表现为一相附近另一相的晶粒的配位数的变化，或表现为多孔材 料孔的尺寸的变化，或表现为骨骼状格架尺寸的变化，或表现为其中一相在局部区域体 积分数的变化。组织紊乱度的评价是互穿结构复合材料组织表征的重要内容。由于互穿 相复台材料其它性能的影响，组织紊乱度的表征仅仅靠单一的测试技术是不够的。研究 表明，它可以用分形维数来表征，因为从拓扑学角度讲，紊乱组织具有分形几何的特 第2 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 = = = # = = = = = _ # # = = = = _ = = = = = ； = = = = = _ _ # = = = = = # = = = = ；= $ = = = _ = = = 5 = = = 2 = = 2 # # g # 2 2 一 征。道常分形特征的测量能提供组织形貌必要的信怠。如粜组织的细观程度存辐辩范雨 内，越时缀成提豹数浆掘当强暇这游就能够从波矢得到散射中心的分匆信息，获锝组织 信息，获得波矢分布的最佳途径是基于小角度的光散射、x 射线散射或者中予散射。 瓣终互穿结构鬟含丰葶精瓣缝残鞠，豫了萋镕箱秘增强鞭乡 ，一般还惫搪一些i 连通 孔或缩孔，这些孔的存在降低了复合材料的综合性能。为了尽量消除这些孔涮， 山【0 l 要增加浸渗聪力以及挺高多孔骨架帮熔体酶溢度；茄一方纛选择最佳的合鑫体系和鞭隶l 牛成分。在多孔骨絮制备时加入适量的造孔荆可使邋孑l 率大幅度提商。 如果用网络互穿结构复合材料作结构材料，一个非常熏要的问题是组织的商濑稳定 性，避为在态湿下，缓或檑戆互逶瞧枣可熊被玻坏。楣关磷究豹耄点在于复合翻睾萼围蜗 络互穿结构是否能阻碍晶粒的生长和粗化。d f r e n c h 4 1 的研究结果袭明，复合材料的网络 互穿缩梅能裙显隧礴晶粒长大，辩保持缩米奉孝籽螽体瓣络梅敷及怒鎏经受形豹稳定性。 互穿结构复台材料这种阻碍晶粒长大的根本原因可能是由于界面因表面曲率处处都接近 于0 而其有最小的表面积，所以，总体来看亘穿结构是一种具有最低能量磷的形状，没有 热弯曲鲍驱动力寒瓤动赛嚣j 差移，嫩藏难予产璺三鑫凝粗纯秘长大过程。 1 1 2 2 网络互穿结构复合材料的组织表征 避嚣稿骚镦镜裁断毒孝瓣的徽瓣结梅是雀兔三缎互穿缝擒或较疆难。蕊统懿盛徽技 术，如投射电镜、扫描电镳和光学晟微镜仪仅局限于提供一些所需的二维细节信息，如 组成相的粗细以及宅们的界面接触角、局部分布、晶粒大小以及界面结构等。为了阐避 这拣困难，鬏藏评怯组戏糯是否逐续的最掰靠方法是性能检测，德从长远翘度来麓，则 需骤进行相的重建( 如材料c t 成像技术) ，计算机工作站图像处理技术的快速发展有助 了：在较蘧懿时闺雨实瑷这个骛标，滏嚣邀蠢韵予对糖精缀缀懿统诗参数及疆橇参数进行 更好地分析。在此糕础上先前用显微技术革口复杂分析仪器测量的参数就可能完全髓化。 此技术发展的结果研能在网络互穿结构复含材料中，详细昀组织寝征并不蓬要，整要的 是如何定量分析组艘相的三维互穿性及其澍性能的影响。对结构性用途和功能性用途丽 氤互穿结构复合材料的最重要参数在于栩的互穿能而不鼹楣分布的几何绷节。 由于嬲络互穿缝捧复念李手辩戛穿特蛙袭薤霆难，霹戳翅多魏费袈熬裹薤参数藏接 描述n 例如，可用多孔骨架的孔连通率来表征。由于网络互穿结构复合材料中两相互 穿，知遥其中一耩静结构翔另一掴的结构落就翔邋，姨而缝个复合耪瓣静结稳哇王就 醚清 楚了。 第3 页 国院科学技术大学研究生院学位论文 1 1 3 州络互穿结构复合材料的性能特点 近年来，网络互穿结构复合材料得到了快速发展，重要原因在于这种复合材料咔，每 一种组成稻静橹往能够被保留，强雨其有单一材料瑟不缝具备静优良的综合往能。 1 1 3 。l 力学性能 材料组织互通性的鼹大好处在于增强了材料抵抗各种破坏的能力。虽然互相平行的 缀维增强的聚含甥基和陶瓷基簸会耪糕在乎霉予缍维方自具裔缳毫静强凄积期蛙，健在 瘗直于纤维方向的性能却不尽如人意，裂纹容易沿平行于纤维的方向扩展，结果使垓方 囱麓菠袈挠力方式与辫瓷材糕禳酝。潮络互穿结构复合i 孛辛精缀织其鸯宏蕊均匀往，戳渐 能在三缎方向上阻碍裂纹的扩展。另外，复合材料中的陶瓷相在失效前提供较高的弹性 刚度，而金属韧性相出于其有较高失效的应变而在裂纹产生后戆到裂纹桥接作用。 现鸯的研究结果表明，网络互穿结梅复合毒考料鳇力学性较之基髂有较大螭发的提 高。影响网络甄穿结构复合材料力学性能的因素主要包括韧性相的体积分数和韧性相的 套效誊经。嗣馨雩，当金矮会童大予2 0 薅，鬟会耪蔽激穿鑫辩袋蠢式叛裂；警会缓会蹩 小于1 0 ，复含材料以混合方式( 包括沿晶断裂和穿黼断裂) 断裂。强界面结合更有刹 予复合材料幢黥的提高，在强器面结合时，鬟含聿于料缀成褶之阍相互作用力瑟太，不翁 发生界蕊脱粘，增加了单相屈服强度和龠属韧性相对陶瓷相的闭合力卦，两艮猩赢溉叫， 网络互穿结构复合材料在界面能形成互锁状态，有助于增强材料的高温蠕变抗力。 l + t 。3 2 热学蛙栽 大部分网络互穿结构复合材料在高温下制备，对材料热学性能的研究尤为重要。h 话这方蕊酌研究鳝采帮闲久藤裔显著不同。s s k i r l 等人 岛辩a h 0 3 a i 潮貉互穿站稳复合材 料进行丁研究，他们认为，在热膨胀道稷中，a l 以高予a 1 2 0 3 的膨胀速度膨胀，所以膨胀 量高于纯a 1 2 0 3 ，a 1 在通孔里流动时所受到的切应力随漪温度的升高而减小，濑度越高， a l 溶渡施加给复合毒葶糕麴应力越小，镪对复会楗糙热膨账行必戆影酾越枣，笺台楗精褒 现出与a 1 2 0 3 相同的热膨胀系数。另外，复合材料热膨胀性能霄明显的滞后现象。周伟的 究鬟l 笈现羁终互穿结构复合糖精静热澎强系数裔予混合法粼，筏盈镯淹衾满鞠性棚黝 棚应值nm h o f f m a n 8 j 指出k e r n e r 模型和t u n e r 模型在考虑复合材料形貌时过于简单l 雠 不能用予预测潮络互穿结构复含木孝料的热膨胀饿能。 1 1 3 3 摩擦学性能 繁4 菱 国防科学技术大学研究生院学位论文 嘲络互穿结构艇合材料的摩擦磨损性能的研究方兴未艾，并取得了些成采。 m 。s t e r n i t z k e t 9 j 疆究a 1 2 0 3 i a l 阚终互穿绩构复合耪料豹瘴擦性能后发现，在于摩擦袋传下 复合利料的摩擦系数随滑动速度的增加而下降，随陶瓷相禽量的增加而降低：而磨损率 隧澎动速菠静提高死乎保持懂定，涟淹瓷鞠含量瓣罐蕊磊洚骶。另辨，赛缓瑟糕糕菠与 摩擦副和复台材料成分有关，在摩擦副相间的情况下，陶瓷相含量越高摩擦表面越平 滑。g g o l l e r t l o l 研究c c u 6 s i 网络艇穿结构复合材料( 其中预制件含有石墨和无定形 炭) ，发现摩擦系数随滑动距离的增加两保持恒定，随载旖的增加丽升麓。另夕 ，多孔 骨架中无定形炭含赞的增加有助于降低摩擦系数和嬲损率。 1 1 ，4 列终互穷结魏笺含麓誊粤酌痤露 蚓络互穿结构艇合材料的结构特性赋予其特殊的研究价值，国际上对嘲络互穿结构 复合材瓣的研究主甏集中予树艏鏊和陶瓷蒸复台税料，嚣诧它主蘩作为功能末| 辩应精于 摩擦、室内装锦等方瑟。谢贤清等i ij 制备了舆有网络互穿结构的木威陶瓷复合材料，它是 由木质废弃物经过特殊处理制备而成的，共有密度低、优辫的耐磨、减磨性、优良的电 磁器菠效应等特点嚣薅为一穆嚣壤孝葶精。 l l 予对羁络互穿缡援复会糖势熬磺究还不多， 很多方面还有待进步的探索且对金属基复合材料的研究更少，因此其应用受到了限 潮。夺礤究秘稻礴络互穿绦捣复合褥瓣中髓辎酌穗嚣连逶结秘褥靛束秘备低热彩溅系数 的结构功能体化的复合材料，可塑用于电子封装材料。 1 2 多孔炭的研究进展 为了制罄碳锻网络曩穿结构簸合材料，首先翳制备出用于多孔骨架的多孔炭。本 研究采用洒青加添加荆来南备。 1 2 i 多孔炭的研究历史及分类 多我凌跫低密璇骧谈、徽魏炭、滤沫炭等鹃总称，捂箕蠢不弱魏豫结梅瓣炭耱 乖i ，其孔隙尺寸可柱与吸附分子尺寸相当的纳米超细微孔歪适于微生物增殖及活动的微 米级缅孔较宽的范阐内变他。自1 8 世纪发现木炭艇有吸附气体的作用以米，人们对以活 性炭为代表的多孔炭材料进行了大量鳇硬究，使活性炭在工业生产上撂到了广泛应用。 例如为了挝离活性淡的吸附性能，2 0 世纪7 0 年代中期美豳a m o c o 公司的w e n n e l b e r g 第5 页 国防科学技术火学研究生院学位论文 将石油焦粉与k o h 混合后再经高温处理制得了比表面积高达3 0 0 0 - - 4 0 0 0 m 2 g 的高比表面 积活性炭】。近年柬我国的有关学者也以石油焦、煤沥青、核桃壳等为原料，采用 k o h 、n a o h 等碱金属或碱上金属化合物做活化剂制得了比表面积为3 0 0 0 3 6 0 0 m 2 旭的 高比表面积活性炭。根据1 9 7 2 年国际精细化学联合会的规定，多孔炭材料中的孔隙按孔 径的人小可分为：u 5 0 n m 的大孔；2 n m ( 1 ) 5 0 n m 的中孔； 烯烃 烷烃。芳香烃热解反应 主要是驻狳鬣獗予黢反应。实验表明，残羧氮骧子粒反应烂手炭纯翅期。这令爱纛是在 芳香分了之间的氢的转移反应，这个氢转穆反应罨敞生成擗间自山丛或生成小稳定l ! | 。舣 键，它销接着藏送行热缩会反应。与诧闲薅，氢转移反应豹舅一产耪是鸯霸魈静嚣生裙， 它具有更高的热稳寇性。环烷烃一般比相同碳原予数的链烷烃稳定。热分解中环烷烃脱 氢反应占重骥的地能，困i 魄它导致艇成更加稳定的芳香烃。烃类热分解反应一般袭现为 c c 键蛭裂瘦癍。褒分子锻烷烃在援为下热孵时鬻露在中央的c c 键建凝裂，i f j it 4 分辫 反应超过聚合反应，分解殿应生成的低分子化合物以挥发组分的形式逸出。另外裂解 望三残静燎烃鬻零遴一多发奄聚台爱应。当麓热溢度越嵩对，绦努予烃类会遴一步裂解蠢 析出碳。如：c 2 h 4 一一c 十c ( 1 0 0 0 ) 。 ( 2 ) 热聚舍反成 热聚合反应主要有以下几种：l 自出蒸反应：耀齄烃热热分鳃瓣，酋先是e c 链或 c - h 键断裂，在碳原子上生成未成对电子，形成自国基。蠢出基的活泼性撤离，可弓i 发出 诲多鸯鑫豢反痊，鳐生残双键、裔分子聚会等，这些鑫l 熹； 蒸爱塞发生豹滋度，决定予毽 的离解能的大小。邋常在2 0 0 左蠢开始，4 0 0 c 姓上逐渐地发生激烈的反应。若在中性 气氛中，碳誓键的断裂奁4 5 左右。2 ) 发生于分予内部的缩台反应：矫髓在热分 鳃的过程中嚣常参与分子内的缩含反应生成环烷烃或芳烃，其中部分烯烃可以通过分 第l l 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 子的异构化形成环烷烃。带脂肪侧链的芳烃也可以在分子内部环合成多环芳烃。当两个 芳核之问以o h 2 - - c h 2 一链或一c h = c h 链相连的分子受热时，也容易生成稠环烃。3 ) 发生 于分子问的缩合反应：苯、甲苯、乙苯和乙烯类低分子烃共热时能生成稠环烃如蒽、菲 等。4 ) 芳核脱氢缩聚反应：在高温炭化过程中芳环的脱氢缩聚反应是大量存在的。由于 炭是以巨大的稠环芳核平面为结构单位的，所以可以认为炭化过程中必然通过制环芳烃 化的过程。在稠环芳烃化过程中，可以形成平面碳网结构，如葸加热后可生成二聚物或 三聚物。但芳核之间也有可能通过桥键形成高度热稳定的三度空间结构，使芳核的平面 度变得极差。这种交联键构成的空间结构很难石墨化，最终只能制造各向同性的碳素捌 料。 1 3 3 沥青的改性 由于沥青的性能对温度敏感性大，高温流淌，低温发脆，且残炭率低等，需对沥青 进行改性。沥青的改性有物理改性和化学改性两种。物理改性包括溶剂分离和减压蒸馏 眦_ ：除沥青中的低分子组分提高残炭率。化学改性包括化学脱氢、高温热聚合、树脂共 炭化和合成沥青树脂四种方法。沥青中沥青质、胶质等重组份是个复杂的混合物，它包 含多芳环、杂环衍生物以及有芳环、环烷烃和杂环的重复单元结构的混合物。芳烃n 位 上的活泼氢以及烷烃上受热易断裂的c s 键等能产生活性点，这是沥青进行化学改性的 切入点。另外，沥青质上的酸性或碱性基团可与聚合物上的相应基团发