中間相炭微球自燒結制備炭石墨材料的工藝與性能研究.pdf

1、中間相炭微球（Mesocarbon Microbeads，MCMBs）是一種制備高強高密炭石墨材料的優(yōu)秀先驅體，具有良好的自粘結性和自燒結性，因此，將 MCMBs作為原料制備炭石墨材料，可以省去傳統(tǒng)制備工藝中的粘結劑添加、混捏、過篩和反復浸漬等工藝，從而極大地降低了生產工藝的復雜性，縮短了制備周期。此外， MCMBs還具有熱穩(wěn)定性好、球形度高、平均粒徑小和揮發(fā)份少等優(yōu)點，這使得其制備的炭石墨材料的致密性和彎曲強度均優(yōu)于傳統(tǒng)炭石墨材料。本

2、文主要以市售的低粘接劑含量的 MCMBs（β樹脂含量小于1wt％）為原料，研究了混捏造粒、粉末粒徑、模壓成型方法、模壓成型壓強和炭化升溫速度等因素對炭石墨材料的成型性、燒成性、致密性、彎曲強度和微觀形貌的影響；通過液相分散法、濕法球磨法和溶液混合法等摻雜工藝分別將SiC晶須（SiC whiskers，SiCw）、碳納米管（Carbon Nanotubes，CNTs）、短切碳纖維（Short Carbon Fibers， Cf）、聚丙烯腈

3、預氧化絲（Polyacrylonitrile Preoxidized Fiber，PCf）和聚碳硅烷（Polycarbosilane， PCS）摻入MCMBs中制備了各類摻雜型炭石墨材料，研究了摻雜工藝、摻雜介質種類和摻雜含量對復合材料性能及微觀形貌的影響。
　　實驗研究了 MCMBs自燒結制備炭石墨材料的成型工藝及性能，結果表明：低β樹脂的 MCMBs采用一步單向模壓成型工藝難以制備出完整的生坯；采用混捏造粒工藝提高了 MCMB

4、s的模壓成型性和坯體的燒成性，但是混捏造粒工藝使得制品內部出現(xiàn)了分布不均勻的長裂紋和大孔隙，顯著降低了炭石墨材料的彎曲強度；采用一步等靜壓工藝可以實現(xiàn)坯體的成型，且材料中孔隙分布均勻性較好，所制備的生坯在1200℃燒結后的體積密度為1.82g/cm3，彎曲強度為75.4MPa，開孔率為10.8vol%；通過改進的兩步冷等靜壓成型工藝進一步提高了生坯的致密性，生坯在1200℃炭化燒結后體積密度達到了1.84g/cm3，彎曲強度提高到了81

5、.7MPa，開孔率降低至3.14vol%，而且炭材料經2700℃石墨化處理后密度達1.92g/cm3，彎曲強度達到58.8MPa，開孔率為4.29vol%。以平均粒徑約為5μm的低β樹脂含量生球微粉為原料，采用改進的兩步冷等靜壓成型工藝和緩慢的炭化燒結速度燒結所制備的石墨材料體積密度為1.92g/cm3，開孔率為1.61vol%，彎曲強度為76.1MPa。
　　實驗研究了各類摻雜型炭石墨材料的成型工藝和性能，結果表明：采用先液相分

6、散后濕法球磨的方法進行摻雜后，摻雜材料的分散均勻性較單純采用液相分散法有明顯地提高，但是濕法球磨會造成 MCMBs的嚴重破碎，進而降低生坯的燒成性；CNTs摻雜型炭石墨材料內部孔隙尺寸小且分布均勻，但是CNTs具有顯著的團聚現(xiàn)象，在摻雜含量為2~10wt%時，隨著 CNTs摻雜含量的增加，摻雜型石墨材料的體積密度降低，彎曲強度和電阻率增大；SiCw較CNTs易于均勻分散，但是SiCw和基體材料的化學相容性差，容易沿SiCw表面產生孔隙，