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碳/铝网络互穿结构复合材料制备工艺研究

作　者: 文思维
导　师: 卓钺
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 网络互穿结构 多孔炭 复合材料 真空压力浸渍 热膨胀系数
分类号: TB333
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


网络互穿结构复合材料的组织结构及性能均匀性较好，具有优良的力学、热学和摩擦学性能等。为了获得低膨胀系数的碳／铝网络互穿结构复合材料，本文对目前多孔炭的制备工艺进行了详细的分析，提出了利用沥青加添加剂制备块状三维连通多孔炭的制备工艺；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验；并用制得的多孔炭材料成功的进行了铝合金的真空压力浸渍，制备出了碳／铝网络互穿结构复合材料，分析了其膨胀系数测试值与理论计算值的差异。 实验主要原料为沥青，用尼龙6和环氧树脂作发泡剂，甲基硅油为表面活性剂，炭黑为主要颗粒添加剂。沥青裂解工艺采用分段程序控制升温，在普通箱式电炉的空气气氛中进行。实验结果表明，当炭黑的含量为50％，升温速度为15℃／h，尼龙6为发泡剂时，多孔炭的孔分布均匀，连通孔隙率最高达到了40％以上。为进一步提高多孔炭的孔隙率，实验还采用了空气进行氧化处理，氧化温度为600℃，多孔炭的连通孔隙率提高了40％。 铝合金的液相浸渍实验采用ZYQ250／400-12.1000型真空压力炉进行，制备出的碳／铝复合材料，其热膨胀系数最小可达7.94×10-6K-1。与由Turner公式获得的计算值进行比较分析可知，其热膨胀系数测量值与Turner公式计算值相差较大。微观分析表明在制备复合材料过程中产生的内应力以及炭中存在的裂纹，这些是使热膨胀系数偏大的主要因素。

全文目录


摘要  10-11
Abstract  11-12
第一章 前言  12-25
  §1.1 网络互穿结构复合材料的研究现状  12-16
    1.1.1 网络互穿结构复合材料的制备方法  12-13
    1.1.2 网络互穿结构复合材料的组织特征及其表征  13-15
    1.1.3 网络互穿结构复合材料的性能特点  15-16
  §1.2 多孔炭的研究进展  16-21
    1.2.1 多孔炭的研究历史及分类  16-17
    1.2.2 多孔炭的制备方法  17-19
    1.2.3 多孔炭的应用  19-21
  §1.3 沥青的基本性质、裂解过程及其改性  21-23
    1.3.1 沥青的基本性质  21-22
    1.3.2 沥青的裂解过程  22-23
    1.3.3 沥青的改性  23
  §1.4 本课题立题依据与研究内容  23-25
    1.4.1 本课题的来源及立题依据  23-24
    1.4.2 本课题的研究内容  24-25
第二章 实验与研究方法  25-36
  §2.1 实验用原材料  25-26
    2.1.1 沥青  25
    2.1.2 发泡剂  25
    2.1.3 炭黑  25
    2.1.4 表面活性剂  25
    2.1.5 铝合金  25-26
  §2.2 本研究主要实验设计及过程  26-29
    2.2.1 本研究主要实验设计  26-27
    2.2.2 实验过程  27-29
  §2.3 添加剂及沥青的选择  29-30
    2.3.1 添加剂及沥青的确定  29
    2.3.2 表面活性剂对泡沫稳定性的影响及其确定  29-30
  §2.4 实验设备及改进  30-33
    2.4.1 沥青裂解炉  30-31
    2.4.2 沥青旋转裂解炉  31
    2.4.3 真空压力浸渍炉  31-33
  §2.5 性能测试及表征  33-36
    2.5.1 沥青残炭率的测定  33
    2.5.2 多孔炭孔隙率的测定  33-34
    2.5.3 多孔炭孔的分布观察  34-35
    2.5.4 其他性能的测定  35-36
第三章 实验结果分析及讨论  36-63
  §3.1 多孔炭的孔结构及其形成过程  36-41
    3.1.1 多孔炭的孔结构  36-37
    3.1.2 多孔炭的成孔过程  37-41
  §3.2 三维连通多孔炭的性能及分析  41-57
    3.2.1 沥青和炭黑对多孔炭性能的影响分析  41-44
    3.2.2 发泡剂对多孔炭孔结构的影响分析  44-47
    3.2.3 表面活性剂对多孔炭孔结构的影响分析  47-49
    3.2.4 普通裂解和旋转裂解工艺的对比分析  49-53
    3.2.5 升温速度对多孔炭孔结构的影响分析  53-54
    3.2.6 氧化过程对多孔炭孔隙率的影响分析  54-57
  §3.3 碳／铝网络互穿结构复合材料的热膨胀性能及分析  57-63
    3.3.1 碳／铝网络互穿结构复合材料热膨胀系数理论分析计算与实测值对比分析研究  57-61
    3.3.2 去应力退火对碳／铝网络互穿结构复合材料热膨胀系数的影响分析  61-63
第四章 结论及展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
攻读硕士期间已发表论文  68

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 金属－非金属复合材料
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