碳泡沫材料及其在航天航空中的应用

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1、上海航天42AEROSPACESHANGHAI2008年第2期文章编号:100621630(2008)0220042205碳泡沫材料及其在航天航空中的应用1、211居建国,李文晓,薛元德(1.同济大学航空航天与力学学院,上海200092;2.上海复合材料科技有限公司,上海201206)摘要:综述了碳/石墨泡沫材料技术的进展。介绍了该材料的网状结构和多孔泡沫两种结构及其基本制备流程,给出了其性能特点和基本实验数据,讨论了具潜在可能的应用。分析认为:碳/石墨泡沫材料是一种在军事和航空航天等领域极具应用前景的新材料。关键词:碳泡沫材料;制备;

2、结构;性能;应用中图分类号:TB32文献标识码:ACarbonFoamMaterialandIt'sApplicationsinSpaceflightandAviation1,211JUJian2guo,LIWen2xiao,XUEYuan2de(1.CollegeofAerospaceEngineeringandMechanic,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.ShanghaiCompositeSci.&Tec.Co.Ltd.,Shanghai201206,China)Abstract:

3、Evolutionofcarbon/graphitefoammaterialwasreviewedinthispaper.Thetwostructuresofopenreticulatedfoamandcellularfoamandtheirbasicfabricationprocesswereintroduced.Thefeatureandpropertieswerealsogivenout.Thepotentialapplicationwerediscussed.Theanalysisshowedthatcarbon/graphit

4、efoamwasanewfunctionmaterialwhichwouldbeappliedinmilitaryandaerospace.Keywords:Carbon/graphitefoam;Fabrication;Structure;Property;Application0引言先驱中间相沥青制备的各种密度石墨泡沫的热导20世纪60年代,国际上开发了由热固性树脂率、热导率与电阻率的关系、低温热导率与温度的关热解制备的碳泡沫。这种碳泡沫为碳骨架或网状玻系、与其他声学泡沫吸声效率的比较,以及反射电磁能量的能力。美试金石实验室制备了密

5、度0.3～璃态结构。由于机械性能等的局限性,主要用于催30.5g/cm碳泡沫材料,研究了热处理对材料机械和化剂载体、过滤器和热容材料等。至90年代出现了热性能的影响,以及碳泡沫材料的微观结构。日本用沥青和煤替代其他前驱体制备的新一代碳泡沫。3E2TEC公司研制成了密度分别为1.4g/cm,0.3～这类材料采用特殊的工艺方法,经高温热处理形成3[1～6]0.8g/cm的两种碳泡沫材料。一种新型结构和功能材料。该材料同时具备碳和泡本文综述了碳泡沫的制备与结构特征、性能,以沫材料的一般特点,这两种材料特点的结合形成了及可能的典型应用。碳泡沫材

6、料无可比拟的优点。碳泡沫的性能多样化和应用多用途,使其成为了研究热点。美空军材料实验室开发了一种碳泡沫1制备首先用于替代昂贵的三维编织纤维预制品。美西弗碳泡沫制备工序主要有原料配制、装模、发泡、吉尼亚大学开发了一种高强度泡沫。美橡山树国家氧化固定、碳化和石墨化等。常见主要原料分高聚实验室发明了一类高温导热石墨泡沫,研究了不同物和沥青两类。采用不同原料的基本制备流程如下。a)传统高聚物原料制备碳泡沫:将树脂置于模收稿日期:2006212227;修回日期:2007202205作者简介:居建国(1955—),男,研究员,博士生,主要从事复合具

7、内,加入发泡剂,在高压下加热至树脂软化点以材料加工的研究。上,急速卸压形成闪蒸,在氮气环境中温度1050℃2008年第2期居建国,等:碳泡沫材料及其在航天航空中的应用43下碳化,必要时在温度高于2400℃进行石墨化。c)热稳定性优,不含助燃的挥发性气体,不释放b)用沥青中间相法制备碳泡沫:将粉末状沥青气体,空气环境中约自温度450℃开始氧化;惰性气颗粒装模,温度加热至650℃,同时加压至1.03×体环境中工作温度可达3500℃(石墨升华点);真410Pa,形成泡沫体,冷却后取出修去飞边,再在温空环境中在温度1500℃以上开始气化。-6度

8、1000℃下碳化5～7d,必要时在温度2800℃进d)热膨胀系数(CTE)低(0.5×10～6.5×[1、5]-6-1行1～3d的石墨化。10℃),可调。e)热导率1～70W/(m·K),玻璃态碳泡沫材2结