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本文主要开展了硼、铬、锰、铁、钴和镍等六种元素对酚醛树脂炭的催化石墨化研究,采用x射线衍射(XRD)、拉曼光谱和金相显微观察等多种手段对各种元素的催化效果进行了综合表征,并结合前人的研究成果探讨了上述元素的催化机理。研究过程中发现了铁元素具有低温下的催化石墨化作用,并对铁的低温催化石墨化行为进行了初步探讨。在上述研究的基础工作之上,选择分别含硼、铬和铁三种元素的化合物作催化剂,制备出添加了催化剂的酚醛炭基C/C复合材料,根据材料的导电性能、力学性能和摩擦学性能测定结果,分析了催化剂的引入对酚醛炭基C/C复合材料结构和性能的影响,探索了一条低成本制备高性能C/C复合材料的新方法。酚醛树脂炭的催化石墨化研究结果表明,经过1600°C以上高温石墨化处理,实验所选的六种元素对酚醛树脂炭都有不同程度的石墨化作用。硼元素能从整体上对酚醛树脂炭进行催化石墨化,并且石墨化效果与石墨化温度成正变关系。铬、锰、钴和镍等金属元素对酚醛树脂的催化石墨化效果随着石墨化温度的变化有一定的波动。铁元素对酚醛树脂炭有低温催化石墨化的效果。催化石墨化开始的温度因铁元素的存在形式的不同有一定的差别,二茂铁的起始催化石墨化温度为850°C,氯化铁的起始催化石墨化温度为800°C。优化选择了硼、铁和铬三种元素作催化元素,制备了相应的酚醛炭基C/C复合材料。对比空白试样,测定分析了材料的导电性能、力学性能和摩擦学性能。实验结果表明,催化石墨化能大幅提高材料的导电性能,空白试样的电阻率为39.44μΩ·m,与空白试样密度相当的硼催化试样和铁催化试样的电阻率分别为16.82μΩ·m和19.82μΩ·m,密度较低的铬催化试样的电阻率为30.72μΩ·m。C/C复合材料的催化石墨化会降低材料的抗弯性能,空白试样的抗弯强度为176MPa,呈脆性断裂特征,而硼催化试样的抗弯强度为115MPa,铁催化试样的抗弯强度为66MPa,铬催化试样的抗弯强度为53MPa,并且均表现出韧性断裂特征。这与材料石墨化度的提高和基体炭与炭纤维的界面结合状况有关。催化石墨化对酚醛炭基C/C复合材料的摩擦学性能影响很大。硼催化试样和铁催化试样经过催化石墨化后,摩擦系数较低,分别为0.27和0.28,而空白试样的摩擦系数为0.71。基体炭和纤维的界面结合情况对摩擦磨损量有较大影响,界面结合情况较好的硼催化试样和空白试样的磨损量较小,而铁催化试样的磨损量较大。