碳泡沫的结构及其性能

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多孔炭材料

一、多孔炭材料简介
概念
所谓多孔炭材料是指具有不同孔结构的碳素材料, 其孔大小从具有相当于分子大小的纳米级超细微孔直到适于微生物增殖及活动的微米级细孔。
优点
低密度、低的热膨胀系数、高的热导率、耐腐蚀、高强度、抗氧化、易加工。
二、炭泡沫的结构和性能
20世纪90年代以前的炭泡沫基本上是以树脂为前驱体。而到 90年代出现了新一代炭泡沫，其研究方向主要集中于用沥青和煤作为前驱体替代树脂制备炭泡沫。
(g)
(h)
石墨泡沫的衍射图样和层间距图
由图(g),002峰狭窄且不对称，表明石墨结构的高度有序性，最低的层间距是0.33556nm，接近纯石墨，低于多数高性能的沥青基炭纤维。随着层间距的降低，炭泡沫的热导率明显升高。由图(h)可知，随着压力升高，层间距加大，且B组层间距低于A组。表明较长的反应时间可以制得高热导率的炭泡沫。
具有很大的开孔和棱柱，棱柱相互交联构成五边形的十二面体，其炭形态为难石墨化的玻璃态炭，因此具有低的密度，较低的机械强度和优异的绝热性能。
选自陈峰，张红波，熊翔，闰志巧.炭泡沫的制备、性能及应用，材料导报，2008,3(22)
树脂基炭泡沫
结构：存在大量分布均匀的球形开孔和少量的球形闭孔，孔径为200-40微米，气壁上有一定数量的微裂纹(M)和与其它气孔相交联而形成的二次孔(P2)，气孔之间由石墨韧带(L)相连。石墨韧带中的石墨微晶顺着气孔壁的平行方向，沿韧带的轴向呈线性排列。
结论
较长的反应时间可以制得孔隙率高、孔隙大、低体积密度的炭泡沫，但较短的反应时间制得的炭泡沫孔隙小且均匀。在 2800 °C石墨化后，随着层间距的减小，导热率增加，而较长的反应时间可以制得高导热率和低层间距的石墨泡沫。

石墨泡沫炭市场分析报告

石墨泡沫炭市场分析报告1.引言1.1 概述石墨泡沫炭是一种新型多孔材料，具有优异的导热性能和化学稳定性。

近年来，随着全球环境保护意识的增强和新能源材料的需求不断增加，石墨泡沫炭作为一种绿色环保材料受到了广泛关注。

本文将对石墨泡沫炭的制备方法、应用领域以及市场发展趋势进行深入分析，旨在为相关行业提供市场参考和发展建议。

通过对石墨泡沫炭市场的综合研究，可以更好地了解该材料在不同领域的应用前景，并为未来的发展提供有益指导。

文章结构部分内容如下：1.2 文章结构本报告分为引言、正文和结论三部分。

在引言部分，将对石墨泡沫炭进行概述，并介绍文章的结构和目的。

在正文部分，将详细介绍石墨泡沫炭的定义、制备方法和应用领域。

在结论部分，将对石墨泡沫炭市场进行分析，探讨发展趋势，并提出建议与展望。

整个报告将全面而系统地分析石墨泡沫炭的市场情况，为读者提供全面的了解和参考。

1.3 目的目的：本报告的目的是对石墨泡沫炭市场进行深入分析，了解其当前市场状况和发展趋势，为相关企业和投资者提供参考和决策依据。

通过对石墨泡沫炭的定义、制备方法和应用领域进行梳理和总结，结合市场调研数据，分析市场规模、竞争格局、行业发展趋势和市场需求特点，为行业发展提供有价值的参考。

同时，报告还将提出合理的建议和展望，帮助相关企业和投资者把握市场机遇，规避市场风险，促进行业健康稳定发展。

1.4 总结总结部分:总体来说，本报告对石墨泡沫炭市场进行了全面的分析和研究。

在引言部分中，我们概述了石墨泡沫炭的定义以及本文结构和目的。

在正文部分，我们详细介绍了石墨泡沫炭的制备方法和应用领域。

在结论部分，我们对市场进行了分析，探讨了石墨泡沫炭的发展趋势，并提出了建议和展望。

通过本文的研究，我们深刻认识到石墨泡沫炭在多个行业的广泛应用，并且市场需求持续增长。

随着科技和工业的不断发展，石墨泡沫炭的市场前景非常看好。

建议相关企业加大石墨泡沫炭的研发投入，提高产品质量和技术水平，以满足市场需求，把握市场机遇。

泡沫炭的制备及应用

泡沫炭的制备及应用纪妲;何星【摘要】泡沫炭自出现起就成为炭材料研究中的热点，因具有密度低、耐腐蚀、抗氧化、膨胀系数低、机械性能高、导热系数低等优质性能，使其具有广阔的应用前景。

对于泡沫炭来说，原料、制备过程等均对其结构及性能有着重要影响。

本文以不同前躯体为分类规则，综述了泡沫炭的制备技术，同时概述了泡沫炭在应用方面取得的进展并对目前存在的问题进行总结，以期为泡沫炭将来的应用提供理论参考。

%Carbon foam are the hotspot of carbon material research since it been found, it has wide application prospects for its high-performances such as low density, corrosion resistance, antioxidant, low coefficient of expansion, high mechanical properties and low coefficient of thermal conductivity, etc. For carbon foams, both raw material and preparation could influence its structure and property. Based on different precursors’ classification rule, the preparation methods, the application progress and the existing problems of carbon foam were summarized, hoping to provide theoretical reference for the application of carbon foams.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2016(044)007【总页数】4页(P11-14)【关键词】泡沫炭;制备;性能;应用【作者】纪妲;何星【作者单位】上海理工大学材料科学与工程学院，上海 200093;上海理工大学材料科学与工程学院，上海 200093【正文语种】中文【中图分类】TM242泡沫炭是以富碳物质为前驱体，经过发泡、固化、炭化及石墨化等过程得到的一种由孔泡及孔壁组成的三维轻质功能性炭材料，其密度低、耐腐蚀、抗氧化、膨胀系数低、机械性能高、导热系数低等性能可满足不断发展的科学技术对现代新型材料在新领域应用方面的苛刻要求。

中间相沥青基炭泡沫(论文)

（李凯，栾志强
供稿）
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!"#$% &’(")*+,(#)’ () -./ 012!3-的机械性能包括：压缩强度： %) AB# 0 !" AB# 压缩模量： ))" AB# 抗张强度： ! AB# 0 - AB# 抗张模量： *’( AB# 0 % #-( AB# 剪切强度： ! AB# 通过控制制备工艺，这种中间相沥青基炭泡沫既能制备成低热导率（ % <（・=））的热绝缘材料， / " 也能制备成高热导率（%)" <（・=））导热材料；它 / "
是一种很好的吸波材料。电导率较高时，该材料是一种很好的电磁屏蔽材料。经过 “煅烧” 的中间相沥青基炭泡沫能够抑制点燃，可以直接暴露在 % *)" 3 的乙炔火焰下。事实上，在惰性或空气稀薄条件下，可以耐直到 # """ 3 以上的高温，然后升华。在有氧气出现的境况下，如
收稿日期： !""#$%!$!!；修回日期： !""&$"!$%’
表!
潜在市场
中间相沥青基炭泡沫的潜在应用背景
宇航和国防商业复合材料加工研磨工具电池和燃料电池电极刹车片汽车抗挤压环型仓室发动机部件催化转化器热交换器吸收能量的抗冲击屏障材料结构隔离板材高温绝缘防火门和防火体外科用 “骨头” 材料牙齿的灌入材料

碳的同素异形体

碳的同素异形体*石墨石墨(graphite)是一种矿物名，通常产于变质岩中，是煤或碳质岩石（或沉积物）受到区域变质作用或岩浆侵入作用形成。

石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子，排列方式呈蜂巢式的多个六边形，每层间有微弱的范德华引力。

由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。

石墨是其中一种最软的矿物，不透明且触感油腻，颜色由铁黑到钢铁灰，形状呈晶体状、薄片状、鳞状、条纹状、层状体或散布在变质岩中。

化学性质不活泼，具有耐腐蚀性。

石墨质软，黑灰色；有油腻感，可污染纸张。

硬度为1～2，沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至3～5。

比重为1．9～2．3。

比表面积范围集中在1-20m2/g，在隔绝氧气条件下，其熔点在3000℃以上，是最耐温的矿物之一。

它能导电、导热。

自然界中纯净的石墨是没有的，其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO 等杂质。

这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式出现。

此外，还有水、沥青、CO2、H2、CH4、N2等气体部分。

因此对石墨的分析，除测定固定碳含量外，还必须同时测定挥发分和灰分的含量。

*钻石（金刚石）金刚石的化学式C----N个C,金刚石是原子晶体,一块金刚石是一个巨分子，N个C的聚合体。

只能用它的元素符号加注释来表示[C(金刚石)].钻石就是我们常说的金刚石,它是一种由纯碳组成的矿物。

金刚石是自然界中最坚硬的物质，因此也就具有了许多重要的工业用途，如精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模。

还被作为很多精密仪器的部件。

金刚石与石墨同属于碳的单质。

是一种具有超硬、耐磨、热敏、传热导、半导体及透远等优异的物理性能，素有“硬度之王”和宝石之王的美称，金刚石的结晶体的角度是54度44分8秒。

上个世纪50年代，美国以石墨为原料，在高温高压下成功制造出人造金刚石。

现在人造金刚石已经广泛用于生产和生活中，虽然造出大颗粒的金刚石还很困难（所以大颗粒的天然金刚石仍然价值连城），但是已经可以制成了金刚石的薄膜。

泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺与性能研究

泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺与性能研究一、本文概述随着科学技术的不断发展和进步，新型陶瓷材料的研究与应用逐渐成为材料科学领域的研究热点。

其中，泡沫碳化硅陶瓷作为一种轻质、高强、耐高温的新型陶瓷材料，凭借其独特的物理和化学性能，在航空航天、能源、环保等领域展现出广阔的应用前景。

本文旨在深入探讨泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺，研究其性能特点，为进一步优化制备工艺、提升材料性能以及推动其在实际应用中的广泛使用提供理论支撑和实践指导。

本文首先概述了泡沫碳化硅陶瓷的基本性质和研究背景，阐述了其在不同领域中的应用价值。

随后，详细介绍了泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺，包括原料选择、配方设计、成型方法、烧结工艺等关键步骤，并分析了各工艺参数对材料性能的影响。

在此基础上，本文重点研究了泡沫碳化硅陶瓷的物理性能、化学性能以及力学性能，如密度、孔隙率、热稳定性、抗腐蚀性等，并通过实验数据分析了其性能特点与制备工艺之间的关联。

本文总结了泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺与性能研究成果，指出了当前研究中存在的问题和不足，并对未来的研究方向和应用前景进行了展望。

通过本文的研究，旨在推动泡沫碳化硅陶瓷制备工艺的进一步优化，提升材料性能，拓展其应用领域，为新型陶瓷材料的发展做出积极贡献。

二、泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺主要包括原料选择、配方设计、泡沫前驱体的制备、碳化硅化过程以及后处理几个关键步骤。

原料选择是制备泡沫碳化硅陶瓷的第一步，其主要原料包括硅源、碳源、造孔剂以及可能的添加剂。

硅源一般选择硅粉、硅溶胶或硅烷等，碳源则可以选择石墨、炭黑、有机聚合物等。

造孔剂的选择对于泡沫结构的形成至关重要，常用的有无机盐类、高分子聚合物等。

根据需求，还可以添加一些助剂，如分散剂、催化剂等。

配方设计则需要根据所需的碳化硅陶瓷性能，合理搭配各原料的比例。

通过调整硅碳比、造孔剂含量等参数，可以控制泡沫碳化硅陶瓷的密度、孔径、孔结构以及机械性能等。

泡沫前驱体的制备是制备泡沫碳化硅陶瓷的关键步骤。

航天器热防护材料研究现状与发展趋势

*西北工业大学博士论文创新基金资助(CX200405)石振海:1960年生,博士研究生,主要从事热防护材料的研究 T el:029 ******** E mail:shizhenhai9307@航天器热防护材料研究现状与发展趋势*石振海,李克智,李贺军,田卓(西北工业大学材料学院,西安710072)摘要热防护系统中所采用的多层复合热防护材料的层间界面结合和小块材料之间的连接对航天器的可靠性有很大影响,目前二者都存在一定的缺陷。

依据功能梯度材料和C/C 复合材料的理论,将高导热率碳泡沫和低导热率碳微球设计成密度和热导率功能梯度热防护碳泡沫材料,使其具备组分之间无层间界面和小块材料间易于连接等特点。

关键词热防护材料碳泡沫功能梯度材料 C/C 复合材料Research Status and Application Advance of Heat ResistantMaterials for Space VehiclesSH I Zhenhai,LI Kezhi,LI Hejun,T IAN Zhuo(Schoo l of M aterials Science,N o rthwester n P olytechnical U niver sity,Xi an 710072)Abstract T he reliability o f space v ehicles is much affected by the inter face bonding of multilayer heat resist ant mater ials and t he joining of smaller mater ials in the ther mal prot ection sy st em.Ho wev er,ther e ar e defect s in bothaspects.Based on the theo ries concerning funct ional g radient mater ials and C/C composit es,a way is desig ned to pre par e a functional gr adient carbon foam w ith density and heat conductiv ity for ther mal pr otection from the car bon foam with hig h heat conductivity and the carbon microsphere with low heat conductivity.T he advantag es of the newly designed material lie in that there are no interfaces between layers of materials and smaller pieces of materials ar e easy to join.Key words heat r esistant mater ial,carbon foam,functio nal gr adient mater ial,C/C composites1 航天器的热防护系统和热防护材料热防护系统(T her mal pr otectio n sy st em,简称T PS)是各国正在研制的可重复使用于航天(空天)飞行器上的关键部件之一[1,2]。

三聚氰胺泡沫塑料碳化研究

三聚氰胺泡沫塑料碳化研究何利华【摘要】以三聚氰胺泡沫塑料为前驱体进行碳化研究,对比了不同碳化温度下的碳泡沫材料性能;利用热分析仪,对三聚氰胺泡沫塑料进行了热失重分析;采用分析扫描电镜观察了碳化后的微观形貌,从而得出不同的碳化温度对三聚氰胺泡沫产生明显影响的结论.【期刊名称】《河南化工》【年(卷),期】2016(033)010【总页数】3页(P31-33)【关键词】三聚氰胺泡沫塑料;碳化温度;热分析仪;泡孔结构【作者】何利华【作者单位】河南能源化工集团中原大化公司,河南濮阳 457004【正文语种】中文【中图分类】TQ127.12;TQ328碳泡沫的研究起源于1960年，由Walter Ford通过热分解热固性聚合物泡沫制得，这种碳泡沫为碳骨架或网状玻璃态结构，具有热力学稳定、质量轻、热膨胀系数低、抗热冲击性好[1]。

进入20世纪70年代，人们主要通过改变不同的前驱体来寻找最佳材料[2]。

20世纪90年代美国空军材料实验室的研究人员开发了以沥青为前驱体，利用发泡技术制得泡沫，然后将泡沫氧化固定，再经炭化、石墨化得到碳泡沫成品的工艺[3]。

目前，碳泡沫的研究中，最具挑战性的是对碳泡沫结构的控制。

Min等[4]研究了碳泡沫的前驱体对孔结构的影响，并指出低相对分子质量，窄相对分子质量分布的原料更适合用作碳泡沫的前驱体；Chen等[5]用聚氨酯泡沫体制备出具有优良孔结构的沥青基碳泡沫。

这些研究为碳泡沫的结构控制工作建立了坚实的理论和实验基础。

基于三聚氰胺泡沫是由三聚氰胺甲醛树脂经特殊工艺制得的一种泡孔均匀的阻燃泡沫塑料[6]。

本研究选择三聚氰胺泡沫为前驱体，探索碳化温度对泡沫性能的影响[7-8]。

前驱体三聚氰胺泡沫塑料：密度8～9 kg/m3，取样尺寸380 mm×380 mm×50 mm。

采用美国Perkin-Elmer公司生产的Pyrisl型热重分析仪，对三聚氰胺泡沫进行热重分析；通过南京皓晖化工仪器研究所生产的泡沫压陷硬度测定仪，对碳泡沫进行了压陷硬度的测定；利用美国FEI公司的分析型扫描电镜，观测了碳泡沫的微结构。

碳纳米管和碳纳米泡沫

碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）和碳纳米泡沫（Carbon Nanofibers，简称CNFs）都是碳纳米材料，具有独特的结构和性质。

### 碳纳米管（CNTs）：
1. **结构：** 碳纳米管是由一个或多个层次的碳原子以六角形排列而成的管状结构。

可以分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。

2. **性质：** 具有优异的导电性、导热性和机械强度。

由于其纳米尺寸和高比表面积，被广泛用于电子器件、材料强化、储能材料等领域。

3. **应用：** 用于制备强度高、重量轻的复合材料、导电薄膜、传感器等，还在纳米医学、储能领域有着广泛的应用。

### 碳纳米泡沫（CNFs）：
1. **结构：** 碳纳米泡沫是由交错排列的纳米纤维构成的三维网状结构。

这些纳米纤维之间形成了孔隙结构，使得整体呈泡沫状。

2. **性质：** 具有低密度、高表面积、良好的导电性和导热性。

由于其独特结构，碳纳米泡沫在吸附、储能等方面表现出色。

3. **应用：** 在储能材料、吸附材料、催化剂支撑体等方面有着潜在的应用，还可以用于制备轻质结构材料。

总的来说，碳纳米管和碳纳米泡沫都是引人注目的纳米材料，具有许多独特的物理和化学性质，因此在多个领域都有着广泛的研究和应用前景。

埋烧碳化法制备碳泡沫材料的研究

ｔ．Ｐｈｎｌｃｒｓｎｗａｙｔｅｉｅｙｔｅｒａｔｎｏｈｅｏｎｏｍａｄｈｄｓｎｇｓｉｍｙｒｘｄｓｅｔ — ｉｍｅｅｏｉｅｉｓｓｎｓｚｄｂｅｃｉｆｐｎｌａｄｆｒｌｅｙｅｕｉｏｕｈｄｏｉｅａａａｈｈｏｄｌｓ．Ｔｈｈｎｌｃｒｓｎｆａｗａｒｐｒｄｆｏｔｅｐｅｏｉｅｉｘｄｗｉｅｔｅａｌｗｉｇｒａｅ，Ｔｗｅｎｙｔｅｐｅｏｉｅｉｏｍｓｐｅａｅｒｍｈｎｌｃｒｓｎｍｉｅｔｐｎａｓｂｏｎｅｇｎｔｈｈｎｅ
ｃｅｓｄｃｒｏｚｔｎｔｍｐｒｔｅｒａｅａｂｎｉａｏｅｅａｕｒ．ｉ
Ｋｅｒｓｐｅｏｃｒｓｎ；ｃｒｏａｓｒｐａｉｎ；ｅｅｄｄｓｔｒｇｙｗｏｄｈｎｌｅｉｉａｂｎｆｍ；ｐｅａｔｏｒｏｂｍｄｅｉｅｎｎｉ
结构或网状玻璃态结构，因此通常称之为网状玻璃态碳泡沫（ｅｃｌｔｉｅｕａｂｎｆａ）．Ｒｔｕａｅｖｏｓｃｏｍ由于其特ｉｄｔｒｒｏ
殊的网状结构，如果在网状孔洞中沉积化学活性物质，以用做电池的电极（极或负极）还可利用其比表可正，
一
８ｓｓａｉｚｒｕｆｒｃａｉｓｃｒｎｇｎ．Ｔｅｈａｓｍｐｅｗａａｂｎｚｄｕｄｒ１００ ℃ ｂｒｄｉ０ａｔｂｌｅ．ｓｌｉｃｄａｕｇａｅｔｈｎｔｅｆｍａｌｓｃｏｉｎｅ５ｉｕｉｏｒｅｕｅｎｉ

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碳泡沫的发展已经有几十年，由于其低密度、高热导率的特点，被广泛应用于多种领域。如高温热容材料、多孔电极、催化剂载体、过滤器、支架材料。在国外，对碳泡沫的研究已经很多，主要包括其微观结构、机械性能及热性能的研究；国内在这方
!"#
用沥青和煤替代其它前驱体材料制备碳泡沫。美国空军材料实验室的研究人员开发的一种制备工艺，是用中间相沥青作前驱体，利用发泡技术制得泡沫，然后将泡沫氧化固定，再经炭化、石墨化得到碳泡沫成品。这种碳泡沫首先用于替代昂贵的三维编织纤维预制品。 $(2’ 34)5464% 大学的研究小组开发了一种工艺，用煤作前驱体制备高强度泡沫，这
!
碳泡沫的结构特点
由于原料的不同，碳泡沫的结构有一定的差
异。主要有下面两种结构：五边形十二面体结构和球形气孔状结构。在查阅的英文文献中，一般称五边形十二面体结构的碳泡沫为网状玻璃质碳泡沫 ! 6" % （1+*2,9.:*+3 F2*1+J9K ,:1LJC MJ:B）。这种碳泡沫缺乏石墨结构，具有很大的开孔和柱状韧带。柱状韧（图 6 N : O ）带交联组成大量五边形的十二面体。中间相沥青基石墨泡沫大多形成开孔球形结构，这种结构可以看作由石墨韧带连接的交联网状（图 6 N L O ）结构。这些石墨泡沫韧带形成规则排列的结构，在适当条件下，该结构会提高热传导性。开孔
第#期
张宏波
碳泡沫的结构及其性能
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! " # $%&’"()&"* +)+%,"-%+.)& /’.0,’0.% 图# 碳泡沫的微观结构
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球形结构中，大多数气泡由开口的、相互连通的孔洞相连。其石墨结构是顺着气孔壁的平行方向，沿韧带的轴向呈线性排列。这种高度线性排列的结构明显不同于典型的玻璃质碳泡沫。在韧带连接的结点处石墨结构排列较为无序，具有更多的叠层结构。这种结构可以认为是由于发泡过程中局部区域缺少压力造成的，在气泡的生长过程中，气孔壁在两个方向伸展，沿韧带轴向存在较高的应力，使分子沿着气孔壁排列。然而，在某些区域，如韧带间的结点处，压力最小，因而使中间相很少产生重排。所以在这些区域内的石墨结构首先是先驱体中间相结构在高温分解和聚合前的产物。气孔间的孔洞具有两种类型：第一种孔洞是光滑的圆形，是在沥青流动中形成的；第二种类型孔洞是在沥青固化（焦化）后，气孔壁的脆性裂纹产生的。这些裂纹出现在发泡过程的后期，沥青氧化固定或热处理过程 ! 炭化、石墨化 # 中。孔洞的不同将最终影响泡沫的渗透性。研究表明，密度低的碳泡沫具有更多的裂纹，可能是因为这些泡沫中的气孔壁更薄。经过石墨化处理后的泡沫会有更多的裂纹，这些裂纹大多平行于韧带的轴向。裂纹会明显影响碳泡沫的机械性质，但对热性能的影响不大
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炭
素
技
术
!""# 年
发泡、氧化固定、炭化、石墨化等几个工序。根据原料的不同其发泡的方式各异，而以后几个过程大致相同。常见的原料可以分为高聚物和沥青两类。早期的碳泡沫是由热固性树脂的热解制得
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泡沫。严格的讲，碳泡沫和石墨泡沫是有区别的，石墨泡沫是碳泡沫经 5 $77 @ 以上高温热处理后得到的，其结构比碳泡沫更加有序。由于结构的不同，碳泡沫和石墨泡沫在强度和热导率上有很大差别。有机化合物在惰性气体中加热到 6 777 # 6 "77 @ 时，（氮、所有非碳原子氢、氧等）将逐步被驱除，碳含量逐步增加，随着非碳原子的排除，固相间发生一系列脱氢、环化、交连和缩聚等化学反应，此阶段称为残炭化过程。以后，温度升高到 5 777 # < 777 @ 时，留的非碳原子继续排除，进一步反应形成的芳环平面逐步增加，排列也比较规整，取向性显著提高，并由二维乱层石墨结构向三维有序结构转化，此阶段称为石墨化过程 ! 6 % 。从微观上讲，碳结构是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体，含碳量约为 H"I # /"I ；石墨泡沫的结构与石墨相似，含碳量可达杂质相当少。 /$I # //I ，另外，一种用酚醛树脂制备的碳泡沫具有与沥青基碳泡沫完全不同的结构，它由中空的细微碳颗粒经粘合制得 ! 6> % 。首先将酚醛树脂加热，使其转化为液体或粘性物质，在特定的条件下，特别是控制加热速率，开始的原料产生中空的、各自独立的球体，其直径从几个微米到几十微米，颗粒壁厚通常为 6 # " !B 。粘合剂也是从酚醛树脂得到的，将粘合剂和颗粒一起浸泡在溶剂中，这种溶剂要求与粘合剂不相溶，并能使颗粒分散。然后将混合物浇注在模具中，并除去多余的粘合剂和溶剂。在接近 6 777 @ 的温度下将混合物聚合，炭化。粘合剂的性质必须调整到刚刚能将颗粒彼此相连形成一串，而不能包住整个颗粒的表面。最后制得的泡沫包括三个 “相 ” ：中空的颗粒、粘合剂和相对较大的空隙。
!1#
面的研究还不多。本文对碳泡沫的制备、结构和性能作了综述，并介绍了碳泡沫在绝热材料、导电材料等方面的应用。碳泡沫首先由 $%&’() *+), 在 -. 世纪 /. 年代末开发 ! - # ，最初的碳泡沫是由热固性树脂的热解制得，这种碳泡沫为碳骨架或网状玻璃态结构。到 0. 年代出现了新一代碳泡沫，其研究方向主要集中于
现阶段更多的研究集中于用各向异性的中间相沥青制备碳泡沫，这与制备沥青基炭纤维的工艺过程相类似。其发泡方式主要有物理发泡法和化学发泡法两种。前者是将惰性气体溶解到沥青中，然后释放压力得到泡沫结构。 89**: 等人证实，在加压下渗透氮气，可提高熔融沥青的可溶性
! 66 %
。很多文
献报导了各具特色的制备方法， ;.+** 的专利 ! 65 % 比较详细的介绍了一种制备碳泡沫的方法。首先，将中间相或者各向同性沥青，如人造石油、煤焦油沥青，置于压力低于 6’ < = 67 ?(: 的真空中，加热至， <77 @ 以上（一般是高于沥青软化点 "7 # 677 @ ）
作者简介：张宏波男
种碳泡沫具有优异的绝热性质 ! 7 # 。
"
碳泡沫的制备方法
制备碳泡沫的方法很多，其制备过程主要包括
北京航空航天大学理学院材料物理与化学研究中心在读硕士研究生，现主要从事碳泡沫 "0=9 年生，
基体碳 ‘ 碳复合材料的研究工作。收稿日期： -..B a ." a "-
万方数据
5 67 8
解释热处理后石墨晶体的排列结果提高了热性能，因此在气泡生长过程中，粘度要足够低以满足中间相区域沿泡沫韧带轴向排列的需要。
"
碳泡沫的性能
碳泡沫的特殊结构决定了其在低密度下具有
较高的机械性能。通过控制工艺参数，可以在很大范围内调整泡沫的密度，在可查阅的文献中，密度的范围从 9: 6 ; 9: < ( = ,>? 不等。从理论上说，碳泡 ? 沫在 9: 6 ( = ,> 的密度下具有 @ A$" 的压缩模量，还没有其它的材料在这样低的密度条件下能够达到如此高的模量 5 66 8 。碳泡沫同其它材料的性能比较如表 6 所示。碳泡沫最重要的一个特点是其低密度条件下的高热导率，这一特点使其成为一种非常具有潜力的工程材料，同常规的热容材料相比（如铜和铝），碳泡沫的比热导率比它们高出 7 倍 5 6B 8 。另外，碳泡沫的其它性质，如相对低的热膨胀系数，使其尺寸稳定，因而非常适用于热应用。碳泡沫的交联网状结构决定了该材料对热扩散呈各向同性。没有经过石墨化热处理的碳泡沫（ 6 ; @ C = ! >・ D # ）热导率非常低。在 @ B99 E 进行石墨化处理，石墨结构变得更加有序排列。这样碳泡沫的热导率很高，在 79 ; @99 C = ! >・ D # 范围内 5 6< 8 。根据 F: A"4%/ 的研究 5 6B 8 ，影响热导率的因素主要有：温度、样品密度、热扩散的方向等。随温度的升高，热导率有下降的趋势，并且在低温时这种降低更显著。F: A"4%/ 的实验表明在开始的 699 E ，热导率降低了 @9G ，这个结果同整体石墨的热行
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同时通入惰性气体，如氮气，使压力升高到 A’ / 引起气体膨胀，从而使沥青 ?(:。由于温度的升高，发泡成为泡沫。将温度升至 $77 @ 左右对泡沫进行焦化（氧化固定），保持 6" B2C，然后缓慢冷却到室温。冷却后，泡沫在氮气保护下加热到 6 7"7 @ 进行热处理，使之炭化。最后，样品在 5 $77 @ 下石墨化。不同的工艺条件下，碳泡沫产生不同的微观结构和机械性质。例如，在发泡过程中，通气温度、压力和饱和时间的不同，导致碳泡沫的气孔大小不同。碳泡沫也可以通入不同的气体，这些气体的分子量不同，溶解能力不同。通过选择通入的气体，可以为指定密度得到不同气孔大小的材料。另一类工艺是用化学发泡剂来制备碳泡沫。 D:E++F ?+G*: 等人 ! 6< % 的文献中介绍的一种工艺是使用化学发泡剂—— — " 4 苯基四唑的钡盐作为气源。在这种工艺中，将中间相沥青研磨成粉末，干燥后与化学气泡剂混合放入模具中。在氮气环境下，将混合物加热到发泡剂的分解温度（大约 <H" @ ）以上，在熔融状态下发泡。由于考虑到易挥发物质易从沥青中逸出，发泡温度需保持在 >77 @ 以下。用冷水快速冷却模具，以稳定生成的泡沫。新生成的中间相泡沫在程控炉中经热固化处理，以确保碳结构不会发生形状上的改变，或在气泡生长过程中层间排列不至于松散。最后经过炭化、石墨化得到碳万方数据