高導(dǎo)熱cc復(fù)合材料的研究進(jìn)展

高導(dǎo)熱cc復(fù)合材料的研究進(jìn)展

0熱導(dǎo)率的提高隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，分散已經(jīng)成為許多領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵。航天飛行器熱控系統(tǒng)的電子設(shè)備趨于小型高效化、質(zhì)量輕質(zhì)化、結(jié)構(gòu)緊湊化,運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生和積累大量的熱量,對(duì)所用材料有著特殊而苛刻的要求［1］;衛(wèi)星等空間飛行器的大面積薄板結(jié)構(gòu)、導(dǎo)彈鼻錐體、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管等航天領(lǐng)域工作較嚴(yán)峻的部位及核聚變堆用面對(duì)等離子體材料,需要材料具有質(zhì)量輕、熱導(dǎo)率高、力學(xué)性能良好等優(yōu)異的綜合性能［2－8］;高超聲速飛行器在鄰近空間長時(shí)間飛行駐點(diǎn)溫度高、熱應(yīng)力突出,需要高導(dǎo)熱材料及時(shí)對(duì)熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)移,從而簡化防熱設(shè)計(jì),增加飛行器穩(wěn)定性［9］;相控陣?yán)走_(dá)核心部件T/R組件所用封裝材料不僅要求材料的熱脹系數(shù)(CTE)要與芯片材料如Si、砷化鎵(GaAs)以及陶瓷基板材料如Al2O3、BeO、AlN等相匹配,以避免芯片的熱應(yīng)力損壞,同時(shí)要求材料具有高導(dǎo)熱性能可將組件運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的大量熱及時(shí)導(dǎo)出［10］,因此熱導(dǎo)率大于300W/(m·K)且具有與半導(dǎo)體材料相匹配的新型封裝材料越來越成為目前的研究熱點(diǎn)［11］;大型計(jì)算機(jī)、筆記本電腦的CPU及許多民用電器裝置性能的不斷提升以及元件集成度的提高,使系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量驟增,這些熱量若不能被及時(shí)導(dǎo)出,電子器件的正常工作及系統(tǒng)的穩(wěn)定性就會(huì)受到嚴(yán)重影響［12］。另外,在某些大型車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管設(shè)計(jì)中,為了將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量排出到車體外,保證車輛行駛安全,要求排氣管沿軸向的熱導(dǎo)率高,而沿徑向的熱導(dǎo)率很低。相比于傳統(tǒng)的散熱金屬材料,高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料具有優(yōu)異的低密度、高導(dǎo)熱、低熱脹系數(shù)和獨(dú)有的高溫高強(qiáng)度等性能成為目前最佳的高導(dǎo)熱候選材料［13］,在高性能火箭發(fā)動(dòng)機(jī)喉襯、熱裝配燃燒室、新一代先進(jìn)飛機(jī)剎車材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用［14－16］。為了提高C/C復(fù)合材料的熱導(dǎo)率,近年來國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究工作,主要在導(dǎo)熱機(jī)理、碳纖維及其預(yù)制體、基體碳、C/C復(fù)合材料制備工藝和改性等方面。本文主要介紹了C/C復(fù)合材料在上述方面中的研究情況和發(fā)展?fàn)顩r。1c/c復(fù)合材料熱性能現(xiàn)代熱傳導(dǎo)理論指出:在所有固體材料中,熱傳導(dǎo)是靠晶格原子的熱振動(dòng)和自由電子的流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的,對(duì)于多數(shù)金屬來說,自由電子的導(dǎo)熱是主要的,對(duì)于非金屬而言導(dǎo)熱機(jī)構(gòu)主要是晶格的熱振動(dòng),如圖1所示。量子理論認(rèn)為晶格振動(dòng)是量子化的,稱之為“聲子”。聲子熱導(dǎo)率由Makinson方程［17］計(jì)算,公式為:其中,ξ=hω/KT式中,Le為聲子間散射的路程長;Ld為不均勻相、缺陷、晶界等的間隔。C/C復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的多樣性導(dǎo)致了兩種聲子機(jī)理對(duì)材料熱導(dǎo)率的貢獻(xiàn)不一樣。對(duì)于結(jié)晶度高的材料,缺陷和晶界較少,因此Ld的影響較小,聲子間散射路程Le對(duì)整個(gè)散射起主導(dǎo)作用。對(duì)于結(jié)晶度低的材料,由于結(jié)構(gòu)不均勻引起的聲子散射比單純的聲子—聲子散射要重要得多,所以Ld起主導(dǎo)作用。結(jié)晶度介于兩者之間的材料,Le與Ld共同起作用。圖2是C/C復(fù)合材料熱導(dǎo)率曲線,可以看出在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)無論導(dǎo)熱方向與纖維疊層方向垂直還是平行,熱導(dǎo)率都隨溫度升高而增大,但增大的趨勢(shì)逐漸減弱。考慮到C/C復(fù)合材料的高溫?zé)釋?dǎo)率為溫度的函數(shù),基于傅里葉傳熱定律和高溫?zé)g機(jī)制,黃海明等［19］利用FORTRAN語言編程計(jì)算分析了C/C復(fù)合材料板燒蝕中熱傳導(dǎo)特性,發(fā)現(xiàn)低熱流入射時(shí),材料表面溫度變化速率與內(nèi)部的不同,而高熱流入射時(shí),材料表面出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象,溫度急速升高,并維持在某一溫度值保持動(dòng)態(tài)平衡;Gaab等［20］分析了C/C復(fù)合材料對(duì)熱和熱力耦合的情況下導(dǎo)致其機(jī)械應(yīng)變影響的情況Palaninathan［21］研究了在集中熱載荷下C/C復(fù)合材料的性能,用三維有限元法得到了溫度場(chǎng)分布情況并進(jìn)行了瞬態(tài)熱分析;陳富利等［22］研究了含非均勻界面相纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的宏觀等效傳熱性能,采用廣義自洽法和復(fù)變函數(shù)理論,推導(dǎo)并遞推出了均勻界面相和理想零厚度界面的封閉公式,可用于計(jì)算多涂層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率;陳潔等［23］通過計(jì)算得出結(jié)論:平板導(dǎo)熱的并、串聯(lián)模型能對(duì)單向C/C復(fù)合材料沿纖維方向和垂直纖維方向的導(dǎo)熱性能進(jìn)行較為準(zhǔn)確的模擬和預(yù)測(cè);劉冬歡等［24］建立了內(nèi)置高溫?zé)峁艿腃/C復(fù)合材料的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)模型,推導(dǎo)出順序耦合的熱力耦合的有限元格式;雷寶靈等［25］研究了C/C復(fù)合材料飛機(jī)剎車盤制動(dòng)過程的溫度場(chǎng)問題,采用有限元方法結(jié)合慣性實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)其溫度場(chǎng)進(jìn)行了分析研究。2影響c-c材料的熱導(dǎo)率的因素2.1增強(qiáng)身體2.1.1軸向度和結(jié)晶度對(duì)碳纖維熱導(dǎo)率的影響聚丙烯腈基碳纖維是由單體丙烯腈經(jīng)自由基聚合反應(yīng)而得到外觀為白色粉末狀的聚丙烯腈,然后經(jīng)熔融紡絲,預(yù)氧化碳化后得到的碳纖維。碳纖維中微晶的取向度和結(jié)晶度越高,其熱導(dǎo)率也越大。聚丙烯腈基碳纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能,在結(jié)構(gòu)材料增強(qiáng)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,但其熱導(dǎo)率并不高,如美國Amoco公司生產(chǎn)的ThornelT300和T650型PAN基碳纖維的軸向熱導(dǎo)率分別為5和14W/(m·K)。日本東麗公司生產(chǎn)的PAN基碳纖維軸向熱導(dǎo)率為7~150W/(m·K)［26］,Celanese公司生產(chǎn)的PAN基碳纖維的熱導(dǎo)率最高可達(dá)175W/(m·K)。2.1.2瀝青基碳纖維中間相瀝青(MP)是一種由相對(duì)分子質(zhì)量為370~2000的多種扁盤狀稠環(huán)芳烴組成的混合物,高性能瀝青基碳纖維是由中間相瀝青經(jīng)紡絲、不熔化、炭化等轉(zhuǎn)化而成,液晶中固有分子的定向排列被保留下來并且在后處理過程中形成了接近于石墨單晶的結(jié)構(gòu)［27］,因此具有密度低、高導(dǎo)熱、導(dǎo)電等性能,室溫下熱導(dǎo)率可達(dá)1120W/(m·K)［28－29］。日本東洋紡公司開發(fā)出熱導(dǎo)率超過900W/(m·K)的瀝青基碳纖維,并加入樹脂中,制造散熱部件;新日本制鐵公司采用氫化煤瀝青和特制的縮流噴絲板紡出10μm的瀝青纖維,再經(jīng)不熔化、炭化和石墨化制得了直徑4~8μm的高性能瀝青基碳纖維,其拉伸強(qiáng)度為4.0GPa,拉伸模量為980GPa,熱導(dǎo)率為1230W/(m·K);美國Clemson大學(xué)Edie研究團(tuán)隊(duì)［30］制備的寬度為20~30μm的中間相瀝青基帶狀石墨纖維的室溫?zé)釋?dǎo)率高達(dá)800~900W/(m·K)。高導(dǎo)熱瀝青基碳纖維的典型代表是美國阿莫科公司的P系列碳纖維,其導(dǎo)熱性能如表1所示。目前,中間相瀝青基碳纖維的研究熱點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,例如劉均慶等［32］研究了不同炭化溫度下得到的中間相瀝青碳纖維的徑向結(jié)構(gòu),探究了中間相瀝青碳纖維輻射結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理;袁觀明等人［33］對(duì)高導(dǎo)熱中間相瀝青基碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了研究,如圖3所示,結(jié)果表明中間相瀝青基碳纖維具有的高導(dǎo)熱特性源于其內(nèi)部三維有序堆積的類石墨層狀結(jié)構(gòu)和較為完整生長的石墨晶體;MaZhaokun等［14］研究了徑向結(jié)構(gòu)對(duì)纖維的性能影響,發(fā)現(xiàn)輻射型碳纖維具有較高的熱導(dǎo)率。2.1.3復(fù)合材料熱導(dǎo)率測(cè)試氣相生長碳纖維(VGCF)是一種以鐵或鐵-鎳合金等超細(xì)粒子為催化劑,在高溫下直接由低碳烷(甲烷、苯等)混合氣體析出的非連續(xù)纖維狀碳［34］。近些年來VGCF的制備技術(shù)發(fā)展迅速,通過對(duì)其熱導(dǎo)率的測(cè)試,室溫下最高可達(dá)1950W/(m·K),在160K時(shí),熱導(dǎo)率最大值為2500W/(m·K),表2為VGCF及其復(fù)合材料在室溫時(shí)的熱導(dǎo)率。美國的Ting等［35］用VGCF與環(huán)氧樹脂進(jìn)行復(fù)合制備C/C復(fù)合材料,其在室溫下其熱導(dǎo)率為661W/(m·K),采用液相瀝青浸漬制備的VGCF/C復(fù)合材料的常溫?zé)釋?dǎo)率為910W/(m·K);Nysten等人［36］采用苯作為氣源,氫氣為載氣,在1100℃下制備出VGCF,經(jīng)3000和3400℃石墨化處理后室溫軸向熱導(dǎo)率分別為1300和1380W/(m·K)。2.1.4非平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬碳納米管(CNTs)無縫管狀結(jié)構(gòu)、良好的石墨化程度和納米級(jí)的尺寸,賦予CNTs優(yōu)異的力學(xué)和熱力學(xué)性能,理論上其熱導(dǎo)率可達(dá)6400W/(m·K)［37－39］,圖4是CNTs的微觀結(jié)構(gòu)圖。J.W.Che等人［40］根據(jù)納米碳管的結(jié)構(gòu)、缺陷和空穴進(jìn)行模擬計(jì)算,結(jié)果表明,納米碳管具有與金剛石相當(dāng)?shù)膶?dǎo)熱性能,長度大于10nm單壁納米碳管軸向熱導(dǎo)率大于2800W/(m·K);美國SavasBerber［41］根據(jù)非平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算單根手性為(10,10)單壁納米碳管的軸向熱導(dǎo)率為6600W/(m·K);P.Kim［42］利用微懸浮儀測(cè)得直徑為14nm的多壁納米碳管的軸向熱導(dǎo)率大于3000W/(m·K);M.A.Osman［43］通過分子動(dòng)力學(xué)研究獲得了單層納米碳管室溫下的熱導(dǎo)率范圍是1500~3000W/(m·K)。2.2材料基碳纖維復(fù)合材料C/C復(fù)合材料中的基體碳主要有三種:樹脂碳、熱解碳和瀝青碳。通常,樹脂碳為各向同性,但也可以高度取向,取向程度依賴樹脂類型和工藝條件。大多數(shù)樹脂在低溫下易于交聯(lián),并且在高溫下很難石墨化,碳纖維與樹脂碳形成的復(fù)合材料,微觀結(jié)構(gòu)和界面結(jié)合狀態(tài)隨著炭化工藝的變化都會(huì)發(fā)生很大的變化。熱解碳具有三種結(jié)構(gòu)分別為粗糙層結(jié)構(gòu)(RL)、光滑層結(jié)構(gòu)(SL)、各向同性結(jié)構(gòu)(ISO)。瀝青碳中含有雜質(zhì)及喹啉不溶物較多,因此其殘?zhí)悸瘦^低,但是易石墨化,易于與PAN基碳纖維結(jié)合,而且在偏光下具有光學(xué)各向異性。瀝青碳轉(zhuǎn)化為中間相瀝青后,瀝青殘?zhí)悸试黾忧抑虚g相瀝青具有較高的石墨取向微晶結(jié)構(gòu),易于材料的熱傳導(dǎo)。由于某些散熱部件需要C/C復(fù)合材料具有高熱導(dǎo)率同時(shí)具有較好的電絕緣性,因此選用具有絕緣性能的樹脂作為基體［44］。三菱樹脂公司開發(fā)出采用高模量瀝青基碳纖維長絲與樹脂在400~500℃惰性氣體或真空中燒成C/C復(fù)合材料的技術(shù),制品具有高導(dǎo)熱同時(shí)彎曲強(qiáng)度和模量、拉伸強(qiáng)度較高,主要用于機(jī)器人手臂等。于澎等人［45］研究了影響C/C復(fù)合材料熱導(dǎo)率的主要因素,發(fā)現(xiàn)影響C/C復(fù)合材料熱導(dǎo)率的主要因素是CVD熱解碳結(jié)構(gòu),具有RL結(jié)構(gòu)為主的基體碳的復(fù)合材料的熱導(dǎo)率較高;陳潔等人［46］研究了不同基體碳結(jié)構(gòu)對(duì)C/C復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響,結(jié)果表明樹脂碳與光滑層熱解碳相比,樹脂碳與碳纖維結(jié)合緊密,熱處理過程中應(yīng)力石墨化明顯,隨熱處理溫度的升高,樹脂碳更有利于材料的熱傳導(dǎo)。2.3熱容與xy向熱導(dǎo)率碳纖維是一維材料,可進(jìn)行設(shè)計(jì)與編織成一維、二維、三維和多維織物預(yù)制體。預(yù)制體的結(jié)構(gòu)直接影響并決定最終材料的性能,因此預(yù)制體的制造過程是非常重要的環(huán)節(jié)。羅瑞盈等［47］對(duì)針刺整體氈、短碳纖維磨壓和碳布疊層3種預(yù)制體結(jié)構(gòu)的C/C復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)預(yù)制體結(jié)構(gòu)對(duì)材料導(dǎo)熱性能有很大影響。疊層碳布結(jié)構(gòu)在xy向熱導(dǎo)率最高,z向最低;針刺整體氈在z向熱導(dǎo)率最高,xy向熱導(dǎo)率次于疊層碳布;短纖維磨壓結(jié)構(gòu)在xy向熱導(dǎo)率最低,z向熱導(dǎo)率次于針刺整體氈,高于疊層碳布;WajedZaman等［48］利用熱等靜壓浸漬煤焦油瀝青制備3D-4方向C/C復(fù)合材料,并測(cè)試了其在不同溫度下的熱導(dǎo)率和熱容,結(jié)果表明任何方向的熱容隨溫度的升高而升高,并且xy向與z向的熱容相差不大,而xy方向的熱導(dǎo)率要高于z向;M.Araki［49］研發(fā)了一維方向上熱導(dǎo)率為500W/(m·K)的三維C/C復(fù)合材料,三維方向纖維比例為5∶1∶1,然而其制備成本卻遠(yuǎn)高于二維C/C復(fù)合材料的;曹翠微等［50］采用軸棒法編織三維四向碳纖維預(yù)制體,經(jīng)高壓瀝青浸漬碳化致密化工藝(HIPIC)制得高密度4DC/C復(fù)合材料,研究了材料軸向的熱物理性能、抗燒蝕性能,并分析了材料的燒蝕機(jī)理。結(jié)果表明,軸棒法編織C/C復(fù)合材料軸向的熱擴(kuò)散率隨著溫度的升高而降低,熱導(dǎo)率隨溫度的升高緩慢下降且材料的熱物理性能在高溫時(shí)趨于穩(wěn)定。2.4熱導(dǎo)率與密度C/C復(fù)合材料的熱導(dǎo)率不僅與基體碳種類及纖維取向有關(guān),還與粘結(jié)體負(fù)載水平、纖維的體積分?jǐn)?shù)、材料密度和石墨化程度等因素有著緊密的聯(lián)系［51－52］;張福勤等人［53］研究了C/C復(fù)合材料的熱導(dǎo)率與石墨化度之間的關(guān)系,研究表明石墨化處理能增加微晶尺寸、提高晶體的有序度,隨著石墨化熱處理的提高,C/C復(fù)合材料在導(dǎo)熱方面會(huì)得到改善;R.Luo,L.M.Manocha等［54］測(cè)試了C/C復(fù)合材料在高溫時(shí)的熱導(dǎo)率,并一致認(rèn)為溫度是影響熱導(dǎo)率的重要因素,因?yàn)樵诰Ц裰性诱駝?dòng)的振幅伴隨著溫度的升高而增大,因此聲子-聲子間反應(yīng)增加,進(jìn)而熱導(dǎo)率增大;張守陽等［55］研究了密度梯度C/C復(fù)合材料的熱導(dǎo)率,并分析了C/C復(fù)合材料的熱導(dǎo)率與密度間的關(guān)系,研究表明,在一定密度范圍內(nèi),C/C復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨密度的增加而升高,熱導(dǎo)率與密度間的關(guān)系基本符合線性關(guān)系,同時(shí)密度分布不均勻的C/C復(fù)合材料的熱導(dǎo)率小于同一表觀密度下的密度均勻材料;陳潔［56］以化學(xué)氣相滲透(CVI)增密技術(shù)制備了單向C/C復(fù)合材料,發(fā)現(xiàn)材料沿纖維方向的熱導(dǎo)率在不同熱處理溫度下都隨纖維體積分?jǐn)?shù)的增加而增加,而材料垂直纖維方向的熱導(dǎo)率在低熱處理溫度下隨纖維體積分?jǐn)?shù)的提高而略增,但在高熱處理溫度下隨纖維體積分?jǐn)?shù)的提高先增加再降低;馮陽陽等［57］研究了C/C復(fù)合材料從室溫到800℃的熱導(dǎo)率及其影響因素,研究表明,在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)C/C復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨溫度升高而降低,密度高、開孔率小、石墨化程度高的C/C復(fù)合材料由于晶粒間連通狀態(tài)好,微晶結(jié)構(gòu)趨于完整,材料的熱導(dǎo)率增大。2.5碳/c復(fù)合材料熱導(dǎo)率張嚴(yán)文等［58］利用中間相瀝青為黏結(jié)劑,短碳纖維為增強(qiáng)體,一步熱壓成型制備C/C導(dǎo)熱復(fù)合材料,并研究了熱壓模具三種不同管徑比對(duì)C/C復(fù)合材料的影響。結(jié)果表明:通過熱壓模具空腔結(jié)構(gòu)的改變可以引起碳前驅(qū)體擠出形態(tài)的變化,使得軸向基體碳有序生長與短碳纖維增強(qiáng)體呈現(xiàn)有序排列,當(dāng)空腔管徑比為3∶1,軸向熱導(dǎo)率增大至115.5W/(m·K),各向異性比減小為1.2,由此所得塊體C/C復(fù)合材料具有顯著的二維取向結(jié)構(gòu),軸徑向熱導(dǎo)率趨于平衡。張瑩瑩等［59］通過熱壓成型工藝制備中間相瀝青基C/C復(fù)合材料,并研究了B、Ti、Ti-B三種體系的催化石墨化效果。結(jié)果表明,260℃預(yù)氧化處理的中間相瀝青纖維經(jīng)熱壓成型可制備出高熱導(dǎo)率的C/C復(fù)合材料,使用Ti-B催化體系催化效果明顯,在此體系下制備的材料熱導(dǎo)率高達(dá)996.45W/(m·K)。ZhangJincao等［60］通過等溫CVI法制備了由Iso-tropic(ISO)interlayer和Roughlaminar(RL)組成的多層C/C復(fù)合材料,并研究了其力學(xué)性能和熱性能。結(jié)果表明,Isotropic(ISO)interlayer較低的熱導(dǎo)率導(dǎo)致多層C/C復(fù)合材料熱性能降低。崔鵬等［61］采用天然氣與丙烷氣的混合氣體為碳源氣體的等溫壓差CVI法快速致密,不僅縮短了C/C復(fù)合材料的生產(chǎn)周期,還使其導(dǎo)熱性能提高5%以上。R.Jimbou［62］研究了可用于核聚變裝置第一壁材料的C/C復(fù)合材料,通過1700℃以上溫度下熱壓B4C和碳布制備的C/C復(fù)合材料,其400℃以上溫度下的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于沒有摻雜B4C的C/C復(fù)合材料。ChenJie［63］對(duì)PAN基碳纖維織物用硼酸處理,經(jīng)2500℃石墨化處理后CVI增密制備C/C復(fù)合材料,所得C/C復(fù)合材料具有規(guī)整的石墨片層結(jié)構(gòu)和較少的缺陷,同時(shí)在碳纖維和熱解碳之間有較好的界面過渡層,這些因素導(dǎo)致C/C復(fù)合材料熱導(dǎo)率的提高。J.Michalowski等［64］通過液相浸漬酚醛樹脂和丙烷為碳源氣體的CVI工藝制備C/C復(fù)合材料,結(jié)果表明采用丙烷為碳源氣體的CVI工藝制備的C/C復(fù)合材料具有較高的熱導(dǎo)率,同時(shí)最終熱處理過程對(duì)其熱導(dǎo)率有重要影響。J.Chen［65］用分散有MWNTS呋喃樹脂浸漬碳纖維預(yù)制體制備C/C復(fù)合材料,研究表明少量的MWNTS可以顯著提高C/C復(fù)合材料的熱導(dǎo)率,尤其是垂直于纖維束的方向,過多的MWNTS反而不利于C/C復(fù)合材料熱導(dǎo)率的提高。J.W.Klett與D.D.Edie［66］采用連續(xù)粉末涂層工藝,采用中間相瀝青粉末和碳纖維進(jìn)行復(fù)合,制備出兩種1DC/C復(fù)合材料,經(jīng)2400℃石墨化處理后,平行纖維束的方向上的熱導(dǎo)率在常溫下分別為80.5和135.5W/(m·K)。I.Golecki等［67］采用MPCF平紋及緞紋布,經(jīng)樹脂浸漬或CVI致密后,再經(jīng)1800~3000℃熱處理制成2DC/C復(fù)合材料,其室溫面向熱導(dǎo)率為400~700W/(m·K),而垂直面向的僅為20~70W/(m·K)。D.A.Bowers等［68］對(duì)MPCF單向鋪排再層疊熱壓制備高導(dǎo)熱1DC/C復(fù)合材料,其室溫?zé)釋?dǎo)率最高可達(dá)851W/(m·K)。馮陽陽等［57］選用國產(chǎn)T300級(jí)PAN基碳纖維預(yù)制體,浸漬-碳化-石墨化后制備的C/C復(fù)合材料與東麗T300碳纖維制備的C/C復(fù)合材料的熱導(dǎo)率相當(dāng)。劉朗［69－70］發(fā)明了兩種制備高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料的制備工藝,一種是將中間相瀝青基碳纖維與中間相瀝青黏結(jié)劑混合均勻后熱模壓成型,隨后對(duì)制品進(jìn)行液相瀝青浸漬-炭化處理,最后高溫石墨化處理制得高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料,垂直與壓制方向的熱導(dǎo)率可達(dá)379W/(m·K)。另一種是將中間相瀝青基短切纖維與經(jīng)過處理的中間相瀝青按一定比例混合后熱壓,最后在2600~3000℃成型制得高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料,測(cè)得垂直成型壓制方向的室溫?zé)釋?dǎo)率可達(dá)432W/(m·K)。2.6復(fù)合材料熱導(dǎo)率C/C復(fù)合材料在微觀結(jié)構(gòu)上是一種多相非均質(zhì)混合物,其傳導(dǎo)性能與材料的結(jié)構(gòu)密切相關(guān),可以通過對(duì)材料進(jìn)行摻雜改性來調(diào)整材料的結(jié)構(gòu)特征,從而制備出高熱導(dǎo)率的C/C復(fù)合材料。材料石墨化程度、密度、微觀結(jié)構(gòu)、孔隙、缺陷等均會(huì)影響材料的導(dǎo)熱性能,因此可對(duì)材料進(jìn)行改性來提高C/C復(fù)合材料的石墨化程度、密度、均勻性等,降低材料內(nèi)部的孔隙和缺陷［71］。邱海鵬等人［72］引入Si、Ti、Zr催化組元,他們采用2600℃高溫?zé)釅簾Y(jié)的方法制備出復(fù)合材料,沿石墨層方向室溫?zé)釋?dǎo)率可達(dá)494W/(m·K),并且研究表明材料傳導(dǎo)率與材料微晶尺寸的大小有很好的相關(guān)性。LiuZhenyi等［73］采用T300碳纖維,經(jīng)CVD致密后注入Al熔體制得Al增強(qiáng)C/C復(fù)合材料,復(fù)