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炭材料是多孔材料, 其氧化失重是主要失效形式.炭炭复合材料一般在高于400 ℃的温度即开始氧化, 随材料的不同, 起始氧化温度有所差异.材料石墨化度越高, 越致密, 氧化起始温度越高.如活性炭的氧化温度不到400 ℃, 而高纯石墨在520~560 ℃才开始氧化.Dunlop公司生产的炭/炭刹车副材料在空气中的氧化起始温度则能达到600 ℃.炭/炭复合材料刹车盘在制动时的盘体积温度可以达到800 ℃以上, 最高的表面温度可以达到1500 ℃以上, 增加了刹车盘的磨损, 因氧化存在而明显降低了炭/炭复合材料刹车盘的使用寿命.炭/炭刹车副在氧化性气氛条件下工作时, 承受频繁的热冲击, 高温氧化造成的材料损失将会导致刹车副材料表面疏松剥落, 金属机械加工件和传动齿部位松动等问题, 造成刹车性能降低, 甚至引发事故.因此对炭/炭复合材料刹车盘进行有效的抗氧化防护处理是制备炭刹车盘的一项关键性技......
1891年, 美国人克罗斯和贝文发明了黏胶纤维.之后将黏胶基纤维原丝加捻, 稳定化处理, 低温炭化, 高温石墨化等过程后制得黏胶基炭纤维.黏胶基炭纤维的生产在美国和俄罗斯有一定的发展, 特别是在军工和航天设备的生产上有独特的使用价值.......
沥青炭和树脂炭在经过850~1000 ℃的炭化后仍然残留有一些非碳元素, 进行高温石墨化热处理时, 由于杂质元素的挥发, 会引起失重; 未经高温热处理的炭纤维在石墨化过程中也会出现类似情况.表4-16为炭纤维, 沥青炭和树脂炭的石墨化失重情况.由表中结果可知, 经1000 ℃炭化后样品的失重明显小于850 ℃炭化的样品. 表4-16 石墨化失重概况 树脂炭的失重更大, 这可能是残留固化剂经高温热处理后大量挥发所致.炭纤维失重幅度与高温沥青炭相近, 也可能是杂质元素的挥发造成.因此, 从表4-16结果看, 浸渍沥青补充增密时, 可根据实际条件, 最好进行1000 ℃的炭化.表4-17为树脂炭和各种沥青炭在石墨化处理前后的结构参数. 表4-17 树脂炭与沥青炭石墨化前后结构参数及石墨化度 表4-17的结构参数测试结果反映不同类型焦炭以单相存在时的可石墨......
沥青是一种以缩合多元芳烃化合物为主的低分子烃类混合物, 其中含碳量在70%左右, 沥青一般可从石油和煤焦油中提取.用沥青做成的炭纤维有两种, 即通用级沥青和各向异性高模量纤维.沥青基纤维和PAN炭纤维相比具有高热导[中间相沥青纤维的热导率高达600~800 W/(m·K)], 热膨胀系数低, 耐冲击性好, 资源丰富, 炭收率高等优点. 并不是所有的沥青都可用来制作炭纤维, 一般的煤沥青, 石油沥青是不能用来生产炭纤维的.由于沥青的成分复杂, 是一种混合物, 所以这种沥青需要调制与精化. 沥青调制与精化的目的是滤除各种一次性不溶物, 纯化化学成分并调控分子量.经过调制, 沥青具有良好的纺丝流变性能, 一定的化学活性等特性.然后经过熔融纺丝, 不熔化处理, 炭化等过程, 可获得炭纤维和石墨纤维.炭化过程中施加张力是必要的, 它可以使炭纤维的强度提高40%, 模量提高25%左右.......
关于炭-石墨材料石墨化度的测量和表征, 以往的测试标准, 包括美国的ASTM标准中涉及炭-石墨材料部分里均未曾谈到过, 炭/炭复合材料就更没有相应的标准了.文献中主要有XRD[91], 激光拉曼光谱[40,42,43], 磁阻[26,92]三种表征炭-石墨材料石墨化度的方法, 此外, 还有电阻系数法[93], 真比重法[94], 石墨酸定量法[95]等间接反映石墨化状态的方法, 其中, 采用得较多的是XRD法.但是, 由于炭/炭复合材料的多组元特征, 测量和表征其石墨化度的方法将呈现出有异于炭-石墨材料的特征[96]. 本节设计, 采用简化的实验条件, 分析, 研究XRD, 激光拉曼光谱, TEM法测量和表征炭/炭复合材料石墨化的特征, 并探求三者之间的内在联系.......
从1972年起, 中航工业制动就开始在国内进行国内首家炭刹车材料研究, 在非常困难的情况下, 进行各项技术攻坚.5年后, 国内第一套扇形片结构炭/炭刹车盘大样惯性台模拟刹车试验取得成功.这在中国炭/炭刹车材料研究的进程中具有重要意义. 1983年, 国内第一代炭/炭复合材料刹车盘研制成功, 成功打破了国外对炭刹车技术的垄断, 填补了国内空白, 实现了我国机轮刹车材料的换代升级.虽然炭/炭复合材料刹车盘的工程研制起步比较早, 但是在相当长的一段时间, 我国在炭/炭复合材料刹车盘工程化应用领域仍落后发达国家20年以上时间. 经过多年的不断探索研究, 国内相关厂家也已经掌握炭刹车性能与炭盘制备工艺参数间的调整规律, 根据不同使用条件要求及受力状态, 可通过调整炭盘预制体铺设夹角, 炭纤维积含量及CVD工艺参数, 热处理规范来适当改变炭/炭刹车盘制动性能及承载能力.并以科技创新为主导......
炭/炭复合材料由炭纤维和基体炭两部分组成.其结构包括炭纤维的结构, 基体炭的结构以及孔隙结构特征(孔隙的大小, 数量, 形状与分布), 其中孔隙特征取决于炭/炭复合材料制备的工艺条件.炭纤维的微结构类似于人造石墨, 亦属乱层石墨结构.微晶是其微结构的基本单元, 微晶的大小和预氧化及高温处理条件有关.热处理温度越高或牵伸张力越大, 则取向度越大, 所得炭纤维的模量也越大.在微晶中, 碳原子层面沿纤维轴择优取向.各类不同的炭纤维横截面如图3-6所示, 任意种类的纤维表层都有比内部大的炭网面平行取向[40]. 图3-6 炭纤维的各种横断面组织[42] 炭纤维表面的形态在扫描电子显微镜(SEM)下呈棱纹状, 沿纤维轴取向, 呈起伏或凸凹, 他们之间不是完全的平行, 有些地方合并, 有些分叉.棱纹的高度和宽度PAN基纤维比沥青基纤维大.在SEM下炭纤维表层为炭网面所覆盖, 可......
炭纤维的选择和炭纤维预制体结构的设计是制备炭/炭复合材料的基础.通过合理选择纤维的种类和设计预制体结构, 如炭纤维的排列取向, 增强方式, 纤维的体积含量和纤维束根数等, 可以改变炭/炭复合材料的力学和热物理学性能, 以满足制品性能方面的要求. 炭纤维是制造炭/炭复合材料最主要的原材料之一.常用炭纤维有聚丙烯腈基(PAN)炭纤维和沥青基(Pitch)炭纤维, 它们是从聚丙烯腈丝和沥青丝前驱体制得.聚丙烯腈基炭纤维应用最为广泛. 炭纤维的选择主要基于所设计的复合材料的应用和工作环境, 用于增强炭/炭复合材料的纤维有多种, 对重要的结构选用高强, 高模纤维; 对导热系数要求低则选用低模量炭纤维.总之, 不同用途的炭/炭复合材料基于材料的成本与性能要求选择所需的种类. 预制体的成型是指按照产品的形状和性能要求, 把炭纤维预先制成所需形状的毛坯, 然后进一步进行增密.一般按增强方式分为......
附表1 我国石油焦标准SH/T 0527-1992 ] 附表2 电煅烧无烟煤质量标准 附表3 煤沥青质量标准(GB/T 2290-1994) 附表4 中铝公司优质炭阳极标准(企标) 附表5 普通阴极炭块理化指标(YS/T 286-1999) 附表6 普通阴极炭块尺寸及允许偏差(YS/T 286-1999 单位: mm) 附表7 半石墨阴极炭块理化指标(YS/T 287-1999) 附表8 半石墨阴极炭块尺寸及允许偏差(YS/T 286-1999) 附表9 半石墨侧部炭块的质量指标 附表10 半石墨侧部炭块的尺寸偏差 [TPJT-BG-F10$半石墨侧部炭块的尺寸偏差.JPG 附表11 铝电解槽用氮化硅结合碳化硅砖理化指标......
为了制备综合性能更为优异的炭纸, 国内外各科研机构纷纷对炭纸进行改性.下面将概述目前炭纸的主要改性技术. (1) 添加石墨粉 R. B. Mathur等人[34]采用Toray T-300型号PAN基炭纤维制备炭纸预浸渍体, 以酚醛树脂和胶体石墨为黏结剂, 通过浸渍模压, 热处理制得PEMFC用炭纸.测试结果显示, 随着炭纸中石墨含量的增加, 炭纸的孔隙率和气透率均下降, 但导电性和力学性能均得到增强.当炭纸中石墨体积含量达到7%时, 平面电阻率较未添加石墨的炭纸减少了1倍, 抗弯强度增加了1倍. (2) 添加导电炭黑 C. H. Liu等人[35]采用氧化炭布和酚醛树脂作为原材料, 先将氧化炭布经1000 ℃预炭化, 再将其浸渍于添加有导电炭黑的酚醛树脂中, 取出烘干得到炭纸浸渍料, 在170 ℃, 压力10 kg/cm2条件下热压固化, 最后经1300 ℃热处理得到炭纸......
