论文摘要
本文以酚醛树脂粉为载体和碳源,纳米金属粉（Co、Ni、Fe）及金属盐（Co（NO3）2·6H2O、Ni（NO3）2·6H2O、Fe（NO3）3·9H2O）为催化剂,通过催化裂解法在酚醛树脂中原位生成了碳纳米管,并研究了加入催化剂对镁碳砖性能的影响。分析了催化剂种类和加入量、气氛及碳化温度对树脂炭中碳纳米管生成情况的影响。结果表明:氩气气氛和埋炭气氛,以纳米金属粉为催化剂时,镍粉的催化效果最佳,氩气气氛以加入树脂质量的0.75%为宜,埋炭气氛以加入树脂质量的0.5%为宜;以金属盐为催化剂时,Ni（NO3）2·6H2O的催化效果最佳,两种气氛均以加入量1%为宜;氩气气氛和埋炭气氛,同等摩尔的纳米金属粉和金属盐比较,纳米金属粉的催化效果要好得多;金属盐的加入量大于1%,催化效果很差;在使用金属盐前,对其进行预处理,将盐转化为氧化物,再加入树脂,则会大大提高其催化效果;氩气气氛与埋炭气氛比较,氩气气氛下碳纳米管生成情况更好;1100℃为较适宜温度点。通过FESEM、TEM和XRD对原位生成的碳纳米管进行表征。结果表明:树脂中原位生成多壁碳纳米管,其管径约30-40nm。研究了原位生成碳纳米管对树脂热性能的影响。结果表明:加入催化剂,改性树脂中原位生成碳纳米管使得残碳率增加,但对树脂炭抗氧化性影响不大。初步探讨了原位生成碳纳米管的机理。发现:碳纳米管主要生长在树脂碳化过程产生的孔穴中;生长方式为顶端生长;其生长是按照“颗粒-线-管”机理逐级进化的。经1100℃×3h埋炭处理后,加入金属粉对MgO-C试样显气孔率、体积密度及耐压强度和抗折强度的影响很小。这可能是由于MgO-C试样在埋炭气氛中热处理且MgO-C体系较树脂体系复杂使得试样中未生成碳纳米管的缘故。选择加入纳米金属粉的镁碳砖试样与未加催化剂的试样进行高温抗折强度比较。结果表明:加入钴粉和加入镍粉,试样的高温抗折强度变化很小;加入铁粉,试样1400℃×0.5h高温抗折强度改善,提高约20%,达到10.71MPa;试样内部,铁粉催化生成大量SiC晶须和Mg2SiO4晶须,起到了主要增韧作用;试样内部未明显观察到碳纳米管。