泡沫石墨.ppt

1、泡沫石墨(Graphite Foam),-張洪龍,泡沫炭/石墨的定義與發(fā)展歷史,主要內(nèi)容,泡沫炭/石墨的制備方法,泡沫炭/石墨的結(jié)構(gòu)與性能,泡沫炭/石墨的改性,定義 泡沫炭是一種由孔泡和相互連接的孔泡壁組成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)多孔材料。依據(jù)其孔壁的微觀結(jié)構(gòu)，可以分為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/石墨定義與發(fā)展歷史,泡沫炭/石墨定義與發(fā)展歷史,圖1.初生碳泡沫體,圖2.石墨化處理后的碳泡沫體SEM照片,泡沫炭/石墨定義與發(fā)展歷史,1.Walter Ford在20世紀(jì)60年代初熱解熱固性酚醛泡沫首次得到非石墨化的泡沫炭。 2.美國(guó)空軍材料實(shí)驗(yàn)室在20世紀(jì)90年

2、代初期首次以中間相瀝青為原料，實(shí)現(xiàn)了石墨化結(jié)構(gòu)泡沫炭的合成。 3.1998年,美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以中間相瀝青為原料,用一種全新的工藝自揮發(fā)發(fā)泡法成功制備了泡沫炭，其生產(chǎn)工藝專利一經(jīng)問(wèn)世就立即被美國(guó)國(guó)防部收購(gòu)。 4.1999年,美國(guó)西弗吉尼亞大學(xué)的Stiller教授最早開(kāi)發(fā)了用煤作前驅(qū)體制備泡沫炭的技術(shù)。,泡沫炭/石墨制備方法,泡沫炭/石墨制備方法,1.以聚合物為原料制備,以有機(jī)聚合物為碳源，采用模板法制備泡沫炭，能夠較好地控制產(chǎn)物泡沫炭的結(jié)構(gòu)和形貌，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新的泡沫炭制備方法。但以有機(jī)聚合物制得的泡沫炭一般是非石墨化泡沫炭。,泡沫炭/石墨制備方法,2.以中間相瀝青為原料制備,泡

3、沫炭/石墨制備方法,3.以煤為原料制備,泡沫炭/石墨制備方法,4.其它原料制備,1.Molina-Sabio 等將橄欖殼置于不銹鋼反應(yīng)器中，加壓后引入水蒸氣，在沙浴中加熱得到泡沫炭。 2.Tatsumi 等以蔗糖為前驅(qū)體，采用硅泡沫為模板，通過(guò)改變蔗糖的浸漬量得到孔徑不同的泡沫炭。 3.以焦粉為填料，中溫瀝青為粘結(jié)劑，破碎混合均勻后模壓成塊體，經(jīng)炭化和多次浸漬/炭化循環(huán)，最后石墨化。 4. 采用粉末熱壓和熱等靜壓方法，在高溫高壓下一步制備出泡沫炭/石墨材料。 5.日本I.orgawa用具備自燒結(jié)性能的生焦為原料，不添加任何粘結(jié)劑直接制備泡沫。 6.用具有自燒結(jié)性能的氧化中間相瀝青為原料，制備炭

4、/石墨材料。,泡沫炭/石墨結(jié)構(gòu)與性能,1.泡沫炭/石墨結(jié)構(gòu),a)五邊形十二面體結(jié)構(gòu),b)球形氣孔狀結(jié)構(gòu),泡沫炭/石墨結(jié)構(gòu)與性能,2.泡沫炭/石墨性能,泡沫炭/石墨結(jié)構(gòu)與性能,2.泡沫炭/石墨性能,由于泡沫炭/石墨的特殊性能，我們可以利用非石墨化的泡沫炭的低的導(dǎo)熱率做保溫材料，利用石墨化的泡沫炭的高的導(dǎo)熱系數(shù)做熱交換器。另外利用泡沫炭的電磁吸收能力做隱身與抗電磁干擾材料。泡沫炭具有吸收沖擊和減震能力，可以用作賽車防護(hù)材料。利用其潤(rùn)滑能力制作的剎車片具有很好的適應(yīng)性，增加了剎車盤的壽命。,泡沫炭/石墨改性,1.PCS-PIP工藝增強(qiáng),余立瓊等將PCS(聚碳硅烷) 和 DVB(二乙烯基苯) 按一定比

5、例配制成溶液，真空浸漬泡沫炭，于120 下交聯(lián)固化6 h，然后在氬氣保護(hù)下升溫到1200 裂解，制得強(qiáng)度增強(qiáng)的泡沫炭 重復(fù)浸漬-裂解過(guò)程提高強(qiáng)度。其經(jīng)過(guò)3次浸漬-裂解后，石墨化后制得的泡沫石墨壓縮強(qiáng)度達(dá)到3.12Mpa。,泡沫炭/石墨改性,2.化學(xué)氣相滲透工藝(CVI),王永剛等利用化學(xué)氣相滲透爐，以液化石油氣(主要成分是丙烷)為碳源；氮?dú)?做稀釋氣體( 載氣) ，在110010kPa 絕對(duì)壓力條件下沉150h ，石墨化后所得到的泡沫石墨中微裂紋較少，壓縮強(qiáng)度達(dá)到了4.8Mpa左右。,泡沫炭/石墨改性,3.顆粒與纖維增強(qiáng),顆粒增強(qiáng)采用添加粒（粉）狀增強(qiáng)劑，經(jīng)成型、發(fā)泡、氧化、炭化和石墨化制成泡

6、沫炭基多孔復(fù)合材料。 Wang等在煤中間相瀝青中添加黏土，制備了具有更高抗壓強(qiáng)度和更低熱導(dǎo)率的泡沫炭。 纖維增強(qiáng)采用添加短切瀝青基炭纖維或含碳?xì)怏w經(jīng)催化生長(zhǎng)的炭絲，先制成泥漿狀物，然后進(jìn)行澆注、干燥、發(fā)泡、炭化和石墨化制成復(fù)合材料。 張仁欽等將炭纖維摻加到酚醛樹(shù)脂中制得泡沫炭，結(jié)果表明，制得泡沫炭的強(qiáng)度隨炭纖維含量的增加而增大。,將中間相瀝青與中間相碳微球混合,得到混合瀝青。將瀝青利用甲苯進(jìn)行抽提得到部分甲苯不溶物,干燥,得到抽提瀝青。將原料破碎至小于150m,置入高壓釜中,加熱至523K時(shí)通入氮?dú)饧訅褐?MPa,釜芯升至733 K恒溫2 h。將制得的原料泡沫以15 K/h升至1573 K進(jìn)行

7、炭化。將炭化后的樣品以10K/min 升至2873K,恒溫0. 5h。所得的泡沫石墨裂紋數(shù)量變少，長(zhǎng)度變短，其壓縮強(qiáng)度高達(dá)23.7Mpa。,泡沫炭/石墨改性,4.中間相碳微球結(jié)構(gòu)調(diào)控,泡沫炭/石墨改性,5.氧化中間相瀝青制備高密/高強(qiáng)的炭/石墨,采用Mitsubishi Gas Chemieal Co.生產(chǎn)的萘基中間相瀝青為原料。將瀝青經(jīng)過(guò)高能球磨得到粒度為2.88.2微米的粉末, 接著將其置于一管式爐中在空氣流(流量為35L/h) 中以3/min的升溫速度升溫到160，接著再以0. 5/min 的升溫速度升至180260，最后在此溫度下恒溫60min得到氧化中間相瀝青。 之后將粉末置于一方形鋼模內(nèi)壓制成不同密度的樣品。接著將這些樣品置于一管式炭化爐中并在氬氣保護(hù)下升至6001500并恒溫1h 炭化。最后再將炭化后的樣品在2200恒溫30min后得到石墨化樣品。得到的樣品壓縮強(qiáng)度達(dá)到123.3Mpa左右，孔隙率僅為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技術(shù)，對(duì)泡沫炭進(jìn)行滲透處理,在