【摘 要】
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随着科学技术的不断发展,各种高新技术行业对散热材料的要求越来越高,传统的导热材料已经无法满足日益增长的散热需求。沥青基炭纤维及其炭/炭（C/C）复合材料因具有轻质、高导热、高模量、低热胀等优点成为当前热管理领域的研究热点。炭材料的微观结构对其性能有着重要的影响,而沥青基炭纤维及其C/C复合材料的微观结构很大程度上又取决于原材料的性质。因此,本文研究了萘系中间相沥青分子结构对炭纤维结构和性能的影响,
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随着科学技术的不断发展,各种高新技术行业对散热材料的要求越来越高,传统的导热材料已经无法满足日益增长的散热需求。沥青基炭纤维及其炭/炭（C/C）复合材料因具有轻质、高导热、高模量、低热胀等优点成为当前热管理领域的研究热点。炭材料的微观结构对其性能有着重要的影响,而沥青基炭纤维及其C/C复合材料的微观结构很大程度上又取决于原材料的性质。因此,本文研究了萘系中间相沥青分子结构对炭纤维结构和性能的影响,并进一步研究了炭纤维和基体炭对C/C复合材料结构和性能的影响。本文的主要研究内容如下:（1）分别以采用HF/BF3催化萘一步法制备的中间相沥青（AR-MP）和采用AlCl3催化萘两步法制备的中间相沥青（N-MP）为原料,制备了高性能炭纤维,研究了分子结构差异对其炭纤维结构和性能的影响。AR-MP呈现出半刚性的棒状分子结构,含有更多的环烷结构和甲基侧链,使得预氧化纤维的碳平面取向更好,石墨化纤维具有更好的取向度和更大的石墨微晶尺寸,纤维的热导率达到了716W/（m·K）。N-MP具有刚性的圆盘状的分子结构,芳香度高,使得预氧化纤维在热处理过程中分解量较少,从而有利于降低石墨化纤维中的缺陷,纤维的拉伸强度达到了3.47 GPa。（2）采用商业化P25炭纤维、自制的HNU-1炭化纤维和HNU-2石墨化纤维分别作为增强体,通过化学气相渗透（CVI）和沥青浸渍（PIP）等工艺制备了三种一维C/C复合材料,研究了炭纤维对C/C复合材料结构和性能的影响。P25炭纤维的拉伸强度和石墨微晶尺寸较小,导致C/C复合材料的力学和导热性能较低;HNU-1炭化纤维在热处理过程中发生收缩和劈裂,在纤维与基体界面产生孔隙,从而降低了C/C复合材料的力学和导热性能;HNU-2石墨化纤维具有较大的石墨微晶尺寸且与基体炭结合紧密,C/C复合材料的轴向热导率和弯曲强度分别能够达到715 W/（m·K）和190.2 MPa。（3）采用低温炭化的沥青基炭纤维（X、Y轴方向）与高强度聚丙烯腈（PAN）基炭纤维（Z轴方向）编织成三维预制体,通过热压、中间相沥青浸渍（MPI）和煤沥青高压浸渍（IPI）等工艺制备了三维C/C复合材料,研究了炭纤维和基体炭对C/C复合材料结构和性能的影响。低温炭化纤维的强度较低,在热压的过程中发生断裂,减少了C/C复合材料的传热通道和受力载体,导致材料的导热和力学性能较差;预制体经过1000℃炭化后,C/C复合材料的连续性和致密性得到提升,二维平面内的热导率和弯曲强度分别达到了400 W/（m·K）和90.4 MPa。各向同性沥青炭中无序炭的含量较高,降低了C/C复合材料的导热性能;中间相沥青炭的石墨化程度较高,导致C/C复合材料石墨微晶的尺寸更大,二维平面内的热导率达到了362 W/（m·K）。
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