三维碳/碳复合材料的微观结构和热导电行为,具有超高热导电性
Baoliu Li1,2, Chenyu Zhu1, Huitao Xu3
1Hubei Province Key Laboratory of Coal Conversion and New Carbon Materials, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China.
Materials (Basel, Switzerland)
|March 13, 2024
概括
这项研究使用3D预成型方法合成了先进的碳-碳 (C/C) 复合材料. 由此产生的材料表现出增强的导热性,由于优化了纤维对齐和 mesophase 距离矩阵.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 复合材料 复合材料 复合材料
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 碳-碳 (C/C) 复合材料对于需要热稳定性的高性能应用至关重要.
- 开发具有优越导热性的C/C复合材料仍然是关键的研究目标.
- 现有的方法在优化微观结构特征以提高热性能方面经常面临挑战.
研究的目的:
- 使用3D预成型方法合成具有高导热性的C/C复合材料.
- 调查中相和煤浸对复合材料微观结构和性能的影响.
- 优化热压和浸工艺,以提高材料性能.
主要方法:
- 在以基和PAN为基础的碳纤维中对角编织,以创建3D预成型.
- 热压3D预成型,使用原始中相位进行初始密集.
- 连续的浸阶段:中相位浸 (MPI),然后是高压下煤位浸 (IPI).
- 使用SEM,XRD和PLM进行微结构和热性质分析.
主要成果:
- 热压缩增强了纤维体积分数和中相距度分子对齐.
- 中相度矩阵的高石墨化增加了微晶体大小,提高了导热性.
- 煤矩阵的方向很低,以最小的导热性贡献来弥补结构问题.
- 达到1.83和2.02g/cm3的密度,在X (Y) 方向的导热率为358和400W/m·K.
结论:
- 3D预成型方法与优化的热压和多阶段浸相结合,有效地提高了C/C复合材料的导热性.
- 由于其石墨结构,美索相位在实现高热性能方面发挥着至关重要的作用.
- 该研究证明了生产高性能C/C复合材料的可行途径,用于苛刻的热管理应用.
