泡沫石墨.ppt

1、泡沫石墨(Graphite Foam),-张洪龙,泡沫炭/石墨的定义与发展历史,主要内容,泡沫炭/石墨的制备方法,泡沫炭/石墨的结构与性能,泡沫炭/石墨的改性,定义 泡沫炭是一种由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料。依据其孔壁的微观结构，可以分为石墨化和非石墨化泡沫炭。石墨化的泡沫炭就叫做泡沫石墨。,泡沫炭/石墨定义与发展历史,泡沫炭/石墨定义与发展历史,图1.初生碳泡沫体,图2.石墨化处理后的碳泡沫体SEM照片,泡沫炭/石墨定义与发展历史,1.Walter Ford在20世纪60年代初热解热固性酚醛泡沫首次得到非石墨化的泡沫炭。 2.美国空军材料实验室在20世纪90年

2、代初期首次以中间相沥青为原料，实现了石墨化结构泡沫炭的合成。 3.1998年,美国橡树岭国家实验室以中间相沥青为原料,用一种全新的工艺自挥发发泡法成功制备了泡沫炭，其生产工艺专利一经问世就立即被美国国防部收购。 4.1999年,美国西弗吉尼亚大学的Stiller教授最早开发了用煤作前驱体制备泡沫炭的技术。,泡沫炭/石墨制备方法,泡沫炭/石墨制备方法,1.以聚合物为原料制备,以有机聚合物为碳源，采用模板法制备泡沫炭，能够较好地控制产物泡沫炭的结构和形貌，是近年来发展起来的一种新的泡沫炭制备方法。但以有机聚合物制得的泡沫炭一般是非石墨化泡沫炭。,泡沫炭/石墨制备方法,2.以中间相沥青为原料制备,泡

3、沫炭/石墨制备方法,3.以煤为原料制备,泡沫炭/石墨制备方法,4.其它原料制备,1.Molina-Sabio 等将橄榄壳置于不锈钢反应器中，加压后引入水蒸气，在沙浴中加热得到泡沫炭。 2.Tatsumi 等以蔗糖为前驱体，采用硅泡沫为模板，通过改变蔗糖的浸渍量得到孔径不同的泡沫炭。 3.以焦粉为填料，中温沥青为粘结剂，破碎混合均匀后模压成块体，经炭化和多次浸渍/炭化循环，最后石墨化。 4. 采用粉末热压和热等静压方法，在高温高压下一步制备出泡沫炭/石墨材料。 5.日本I.orgawa用具备自烧结性能的生焦为原料，不添加任何粘结剂直接制备泡沫。 6.用具有自烧结性能的氧化中间相沥青为原料，制备炭

4、/石墨材料。,泡沫炭/石墨结构与性能,1.泡沫炭/石墨结构,a)五边形十二面体结构,b)球形气孔状结构,泡沫炭/石墨结构与性能,2.泡沫炭/石墨性能,泡沫炭/石墨结构与性能,2.泡沫炭/石墨性能,由于泡沫炭/石墨的特殊性能，我们可以利用非石墨化的泡沫炭的低的导热率做保温材料，利用石墨化的泡沫炭的高的导热系数做热交换器。另外利用泡沫炭的电磁吸收能力做隐身与抗电磁干扰材料。泡沫炭具有吸收冲击和减震能力，可以用作赛车防护材料。利用其润滑能力制作的刹车片具有很好的适应性，增加了刹车盘的寿命。,泡沫炭/石墨改性,1.PCS-PIP工艺增强,余立琼等将PCS(聚碳硅烷) 和 DVB(二乙烯基苯) 按一定比

5、例配制成溶液，真空浸渍泡沫炭，于120 下交联固化6 h，然后在氩气保护下升温到1200 裂解，制得强度增强的泡沫炭 重复浸渍-裂解过程提高强度。其经过3次浸渍-裂解后，石墨化后制得的泡沫石墨压缩强度达到3.12Mpa。,泡沫炭/石墨改性,2.化学气相渗透工艺(CVI),王永刚等利用化学气相渗透炉，以液化石油气(主要成分是丙烷)为碳源；氮气 做稀释气体( 载气) ，在110010kPa 绝对压力条件下沉150h ，石墨化后所得到的泡沫石墨中微裂纹较少，压缩强度达到了4.8Mpa左右。,泡沫炭/石墨改性,3.颗粒与纤维增强,颗粒增强采用添加粒（粉）状增强剂，经成型、发泡、氧化、炭化和石墨化制成泡

6、沫炭基多孔复合材料。 Wang等在煤中间相沥青中添加黏土，制备了具有更高抗压强度和更低热导率的泡沫炭。 纤维增强采用添加短切沥青基炭纤维或含碳气体经催化生长的炭丝，先制成泥浆状物，然后进行浇注、干燥、发泡、炭化和石墨化制成复合材料。 张仁钦等将炭纤维掺加到酚醛树脂中制得泡沫炭，结果表明，制得泡沫炭的强度随炭纤维含量的增加而增大。,将中间相沥青与中间相碳微球混合,得到混合沥青。将沥青利用甲苯进行抽提得到部分甲苯不溶物,干燥,得到抽提沥青。将原料破碎至小于150m,置入高压釜中,加热至523K时通入氮气加压至3MPa,釜芯升至733 K恒温2 h。将制得的原料泡沫以15 K/h升至1573 K进行

7、炭化。将炭化后的样品以10K/min 升至2873K,恒温0. 5h。所得的泡沫石墨裂纹数量变少，长度变短，其压缩强度高达23.7Mpa。,泡沫炭/石墨改性,4.中间相碳微球结构调控,泡沫炭/石墨改性,5.氧化中间相沥青制备高密/高强的炭/石墨,采用Mitsubishi Gas Chemieal Co.生产的萘基中间相沥青为原料。将沥青经过高能球磨得到粒度为2.88.2微米的粉末, 接着将其置于一管式炉中在空气流(流量为35L/h) 中以3/min的升温速度升温到160，接着再以0. 5/min 的升温速度升至180260，最后在此温度下恒温60min得到氧化中间相沥青。 之后将粉末置于一方形钢模内压制成不同密度的样品。接着将这些样品置于一管式炭化炉中并在氩气保护下升至6001500并恒温1h 炭化。最后再将炭化后的样品在2200恒温30min后得到石墨化样品。得到的样品压缩强度达到123.3Mpa左右，孔隙率仅为2.03%左右。,泡沫炭/石墨改性,6.其他方法,另外， James Kilter等人利用CVI技术，对泡沫炭进行渗透处理,在