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碳纤维材料在石墨化过程中“气胀”现象产生的原因是什么?

文章出处:网络责任编辑:编辑人气:发表时间:2018-08-27【

 碳纤维材料(Material)在石墨(化学式C )化过程(guò chéng)中,1400~2100℃的温度(temperature)区间内,碳纤维材料产生的不可逆体积(volume)膨胀(inflate)称为“气胀”。碳纤维配件一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维制品由于碳纤维拥有极高的材质特性,因此碳纤维制品的强度大,硬度高,远超过同体积同重量的金属材质。因此,碳纤维制品在航空、航海、军工等高科技工业领域有着广泛的应用。也正是因为如此,此前世界上碳纤维技术发达的国家(美国、德国、日本、韩国),对于向中国输出碳纤维产品和技术,保持着极其谨慎的态度。即使在目前,我国碳纤维以及碳纤维制品的进口,还受到发达国家的严格控制。炭材料在上述温度区间受到高温热处理(chǔ lǐ)时,碳纤维材料结构中键合在杂环上的硫(化学符号:S)和氨(化学式:NH3) 在某一个狭小的温度范围(fàn wéi)内以气体硫化物和氮化物(nitride)的形式突然被释放(release)出来,碳纤维材料产生一个突然增大的体积膨胀,这种不可逆膨胀由于碳纤维材料内部结构被破坏(vandalism)而产生,因此,当石墨制品从高温冷却(cooling)下来后也不再恢复。“气胀”在碳纤维材料内部造成很大的压力,致使碳纤维材料产生许多孔隙和裂纹,从而增加了石墨制品的内应力,降低(reduce)了石墨材料的强度(strength)。因此,“气胀”是碳纤维材料石墨化处理过程中的有害效应。 copyright 123456

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      碳(C)质原料的含硫(化学符号:S)量和含氮量对“气胀”程度有很大的影响(influence),原料中两者的包含比重越高,所制炭坯在石墨(化学式C )化过程(guò chéng)中产生的不可逆膨胀(inflate)率也越大。碳纤维配件“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。比较而言,石油焦的硫含量稍高一些,沥青(成分:沥青质和树脂)焦的氮含量稍高一些,石油系针状焦的“气胀”是由于硫元素引起的,而沥青针状焦的“气胀”除硫元素外,与氮元素也有一定关系。“气胀”的大小是鉴定(同义词:判定、判断、判决)针状焦质量的重要指标(target aim)之一。
     “气胀”程度还取决于原料焦的微气孔率、逸出气体的压力和焦炭(Coke)气孔壁的阻力等。原料焦的微气孔能容纳(指方便地或不拥挤地装载)逸出的气体,对 123456
“气胀”有所缓冲。逸出气体的压力则取决于硫(化学符号:S)化物和氮化物(nitride)的逸出速率和数量、气孔通道的尺寸和长度。气孔壁阻力取决于气
孔壁的厚度和取向性。

 
 

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