炭基導(dǎo)熱填料摻雜一維高導(dǎo)熱C-C復(fù)合材料的制備研究.pdf

1、隨著航空航天事業(yè)的高速發(fā)展，散熱問題成為限制其發(fā)展的瓶頸，對散熱材料也就提出了更加苛刻的要求。一維炭/炭(C/C)復(fù)合材料具有一維高導(dǎo)熱、低密度、低熱膨脹系數(shù)、化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)良的特性，在近年來受到了研究人員的重點關(guān)注。然而受一維C/C復(fù)合材料高度各向異性影響，限制了一維C/C復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，因此，提高一維C/C復(fù)合材料垂直纖維長度方向的導(dǎo)熱性能、克服其沿纖維長度方向一維定向?qū)釕?yīng)用局限具有較為重要的研究價值和意義。本論文以大直徑中間

2、相瀝青基炭纖維(MPCF)為導(dǎo)熱相，以添加高導(dǎo)熱填料（短切石墨纖維、天然鱗片石墨、多壁碳納米管）的中間相瀝青為粘結(jié)劑，通過500℃熱壓成型再炭化、石墨化處理制備高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料，并對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能進行表征，探討了高導(dǎo)熱填料對一維C/C復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)和物理性能的影響。結(jié)果表明:
　　1、未摻雜一維C/C復(fù)合材料隨熱處理溫度的升高，其沿纖維長度方向的室溫?zé)釘U散系數(shù)和熱導(dǎo)率均不斷提高。經(jīng)3000℃石墨化處理后，一維C/C復(fù)合材

3、料沿纖維長度方向上的室溫?zé)釘U散系數(shù)和熱導(dǎo)率分別可達650.5mm2/s和800.1W/(m·K)，而垂直于其側(cè)平面方向及主壓平面方向的室溫?zé)釘U散系數(shù)為20.7mm2/s和22.4mm2/s，相應(yīng)的室溫?zé)釋?dǎo)率分別為25.4W/(m·K)、27.6W/(m·K)。該材料沿垂直于纖維長度方向抗彎強度達到了72.9MPa。
　　2、石墨化短切纖維的添加，導(dǎo)致一維C/C復(fù)合材料中孔隙增多，并隨著短切纖維添加量的增加，其體積密度及抗彎強度不斷

4、降低，沿纖維長度方向?qū)嵝阅懿粩嘞陆?，而沿垂直于其?cè)平面方向及主壓平面方向?qū)嵝阅艹尸F(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)添加6vol.％的石墨化短切纖維，復(fù)合材料沿垂直于側(cè)平面及主平面方向熱擴散系數(shù)達到最大值，分別為52.2mm2/s、49.7mm2/s，而沿纖維長度方向熱擴散系數(shù)降至430.7mm2/s，其對應(yīng)室溫?zé)釋?dǎo)率分別為60.7W/(m·K)、57.8W/(m·K)、500.7W/(m·K)。該復(fù)合材料垂直纖維長度方向抗彎強度僅為61.0M

5、Pa。
　　3、添加鱗片石墨對復(fù)合材料的體積密度影響不大，但對復(fù)合材料不同方向的導(dǎo)熱性能有顯著影響。一維C/C復(fù)合材料沿纖維長度方向的室溫?zé)釘U散系數(shù)隨鱗片石墨體積分數(shù)和粒徑的增加而減小，而沿垂直于其側(cè)平面及主平面方向的室溫?zé)釘U散系數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢;添加16vol.％粒徑約為60μm的鱗片石墨所制得復(fù)合材料沿纖維軸向熱擴散系數(shù)降至510.9mm2/s，下降了21％，而沿垂直于其側(cè)平面及主平面方向的室溫?zé)釘U散系數(shù)分別提高到41.1mm2

6、/s、48.9mm2/s，較未添加樣品分別增加了98％和118％，該樣品不同方向熱導(dǎo)率分別為632.2W/(m·K)、50.9W/(m·K)和60.5W/(m·K)。鱗片石墨的添加明顯提高了復(fù)合材料垂直纖維長度方向抗彎性能，添加6vol.％的鱗片石墨后，復(fù)合材料的抗彎強度達到了94.0MPa。
　　4、碳納米管的添加有效提高了復(fù)合材料體積密度，并顯著影響了復(fù)合材料力學(xué)性能及導(dǎo)熱性能。隨著碳納米管添加量的增加，復(fù)合材料垂直纖維長度方