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早在20世纪60年代,由Walterford首先采用热固性树脂进行高温碳化而得到了一种网状玻璃质泡沫碳。随着人们对材料的认识程度越来越高,对材料性能的要求也越来越苛刻,直到上世纪90年代,美国科学家利用中间相沥青通过高压发泡制备出了一种高导热率新型泡沫碳,国内外对泡沫碳的研究热情空前高涨,随后亦出现了各种制备泡沫碳的方法,采用的原料种类也逐渐丰富。
本文结合前人经验,在KlettJW等人于2000年制备出的韧带网络型泡沫碳和BrunetenE等人在2002年制备出的空心微球型泡沫碳材料的基础上,通过微观结构优化,提出了空心微球六角密排分布的微观结构理想模型。以该模型为理论基础,成功地制备出了六角密排微观结构的泡沫碳材料。该材料在保留上述两种类型泡沫碳材料原有特点的基础之上,克服了韧带网络型泡沫碳往往出现韧带裂纹和空心微球型泡沫碳材料微观结构杂乱无章从而影响碳泡沫材料物理性能的缺陷。
本文的实验工作主要分为三个阶段:一是前驱体的制备,包括酚醛树脂和酚醛树脂空心微球的制备。二是实验样品制备,主要包括酚醛树脂空心微球型泡沫材料制备和高温热处理得到的空心微球型泡沫碳样品。三是样品的测试与分析。
测试结果显示,碳化后的样品依然保持了六角密排结构。碳化后,可以制备预期密度的泡沫碳材料,并且泡沫碳材料的压缩强度随着碳化温度升高而增加。延长保温时间也可以增加泡沫碳材料的压缩强度,最佳保温时间为8h,制备出压缩强度达到10.124MPa的泡沫碳材料。XRD图谱表明,样品主要是以无定型碳为主。碳化温度升高,其石墨化度越高,同一温度下,适当延长保温时间也可以增加其石墨化程度。但样品整体石墨化程度较低,这是对材料导热性能不利的。