石墨泡沫新材料的试验研究

论文摘要

随着航空与航天工业、汽车工业以及通讯和信息产业等技术的飞速发展,对现代材料提出了更高的要求,如传热性能好、有一定的机械强度、耐腐蚀等。为了适应这一要求出现了以石墨泡沫为代表的新型材料技术。石墨泡沫是一种多孔结构材料,其固体骨架是石墨片层结构,因此具有密度小、导热系数大的优良热物理性能。如果将石墨泡沫用于制造各种换热器,能减少换热器的重量和体积。石墨泡沫的内部蜂窝状孔隙大小及空间分布均匀性将直接影响材料的热物理性能和机械性能。根据优化试验的需要,介绍了基于样品剖面孔隙面积标准偏差的孔隙均匀系数,作为评价材料内部孔隙尺寸及空间分布均匀度的综合指标,这一指标可为同类多孔介质的制备试验研究提供参考。运用正交试验设计优化了石墨泡沫成型工艺参数,分析了发泡温度(A)、发泡恒温时间(B)、焦化温度(C)、焦化恒温时间(D)、成型压力(E)和升温速率(F)等六因素对成型样品孔隙均匀系数的影响。经极差和方差分析发现以上因素对孔隙均匀系数的影响显著性顺序为E > F > A > B > C > D,从而得到最优工艺条件,在此条件附近做了多次验证性试验,获得孔隙分布均匀性良好的成型样品,为进一步的石墨泡沫试验研究提供了方向与线索。介绍了原料的热重分析试验、石墨泡沫成型和炭化试验的装置、试验步骤及工艺参数的控制方法,并展示了采用不同制备工艺得到的试验样品照片和微观结构SEM照片。成型和炭化处理过程中各工艺参数对石墨泡沫材料微观结构、传热及力学性能的影响是很大的,本文对这两个阶段的试验进行了叙述和分析,主要探讨了成型工艺参数如不同的成型压力、升温速率、发泡焦化温度、恒温时间以及重力等对石墨泡沫材料性能的影响,这些分析对于高温后处理是十分必要的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 石墨泡沫材料简介
• 1.1.1 石墨泡沫材料的研究背景
• 1.1.2 石墨泡沫材料的结构特征及性能
• 1.2 石墨泡沫材料的应用
• 1.3 课题的研究内容及意义
• 2 正交试验设计理论
• 2.1 试验优化设计方法发展概述
• 2.2 正交试验设计法简介
• 2.2.1 正交试验设计的产生
• 2.2.2 正交试验设计名词解释
• 2.2.3 正交表符号的意义
• 2.3 几种试验设计方法对比
• 2.4 正交试验结果分析
• 2.4.1 正交试验结果的极差分析
• 2.4.2 正交试验结果的方差分析
• 2.4.3 正交试验结果的极差方差分析比较
• 3 石墨泡沫制备中的正交试验设计
• 3.1 孔隙均匀系数的定义、测量方法及应用实例
• 3.2 正交试验方案的设计
• 3.2.1 制定因素水平表
• 3.2.2 选择正交表
• 3.2.3 表头设计
• 3.3 正交试验结果分析
• 3.3.1 正交试验结果的极差分析
• 3.3.2 正交试验结果的方差分析
• 3.4 石墨泡沫多指标正交试验的讨论
• 3.5 小结
• 4 石墨泡沫的制备试验研究
• 4.1 石墨泡沫试验前期准备
• 4.1.1 模具的选择
• 4.1.2 成型试验装置的改造
• 4.1.3 原料热重分析
• 4.2 石墨泡沫成型阶段
• 4.2.1 装置、仪器及试验步骤
• 4.2.2 成型样品观察与分析
• 4.3 成型工艺参数对石墨泡沫结构和性能的影响
• 4.3.1 成型压力的影响
• 4.3.2 升温速率的影响
• 4.3.3 发泡温度的影响
• 4.3.4 发泡恒温时间的影响
• 4.3.5 焦化温度和焦化恒温时间的影响
• 4.3.6 重力的影响
• 4.4 石墨泡沫炭化阶段
• 4.4.1 炭化理论
• 4.4.2 仪器及试验步骤
• 4.5 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录