【摘要】：高強(qiáng)度石墨塊體具有良好的機(jī)械性能和低孔隙率,能夠加工成高性能產(chǎn)品,這對(duì)于核工業(yè),航空航天技術(shù)和高科技領(lǐng)域至關(guān)重要,如用于加熱元件,電極設(shè)備,核反應(yīng)堆等。過去,通常將骨料(石墨或各種焦炭等)和粘結(jié)劑(瀝青,樹脂等)作為原料混合以制備石墨塊體,但這個(gè)過程會(huì)導(dǎo)致較高的能耗和嚴(yán)重的污染。后來人們一直在尋找通過直接燒結(jié)石墨粉來生產(chǎn)石墨塊體的方法,然而由于石墨的高穩(wěn)定性導(dǎo)致燒結(jié)無法實(shí)現(xiàn)。隨著高溫核反應(yīng)堆的發(fā)展,對(duì)先進(jìn)的高強(qiáng)石墨的需求正在以前所未有的速度增長(zhǎng)。因此,高強(qiáng)度石墨塊體材料的研究與制備工作迫在眉睫。本研究旨在制備高密度高強(qiáng)度的塊體納米石墨,I并初步探索其力學(xué)性能及強(qiáng)化機(jī)理。首先,以不同粒徑的納米金剛石(ND)粉末作為制備石墨塊體的前驅(qū)體,按一定比例進(jìn)行混合,先制備出復(fù)合金剛石粉體,再在氬氣的氣氛下通過放電等離子體燒結(jié)(SPS)制備各向同性石墨塊體材料,探究高密度塊體納米石墨的制備工藝及條件。使用X射線衍射,掃描電子顯微鏡,透射電子顯微鏡和拉曼光譜來表征該石墨的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示,尺寸1OOnm,50nm,10nm的金剛石粉末按8:1:1比例混合均勻后,在80MPa壓力下,以150℃/min的速率升溫至1600℃,保溫5min后所制備的石墨塊體密度最大,高達(dá)1.89g/Cm3。該石墨的顆粒微觀形貌為“洋蔥”狀小球。其次,結(jié)合制備出來的高密度各向同性塊體納米石墨,進(jìn)一步探究其力學(xué)性能及強(qiáng)化機(jī)理。利用抗彎、抗壓、納米壓痕和劃痕測(cè)試來表征該石墨的機(jī)械性能。結(jié)果表明,由于其獨(dú)特的內(nèi)在結(jié)構(gòu),所制備的石墨塊體具有超高的彎曲強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、楊氏模量和顯微硬度,分別為160MPa,350MPa,33GPa和2.5GPa。納米石墨洋蔥是以C60為核的準(zhǔn)球形碳納米粒子,通過理論計(jì)算研究了約有70層球殼的納米石墨洋蔥模型的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài),用靜水壓法對(duì)其進(jìn)行加載,最終正確地表示出納米石墨洋蔥的受力分布情況。這種石墨塊體材料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能,預(yù)計(jì)能在傳統(tǒng)石墨無法承受的強(qiáng)應(yīng)力苛刻環(huán)境中起關(guān)鍵作用。
【學(xué)位授予單位】：海南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB383.1
【圖文】：

邐高強(qiáng)度塊體納米石墨材料的制備與性能研究邐逡逑堆積，層間距較大，通過石墨化熱處理，亂層結(jié)構(gòu)會(huì)提高其規(guī)則性，層間距變小逡逑（Ｂｕｃｋｌｅｙｅｔａｌ．，１９９３）。通常用層間距來表７ＴＣ石墨化度（Ｂａｃｏｎ，邋１９５６）：逡逑ｇ邋＝邋（０．３４４０邋－邋ｄＯＯ２）／（０．３４４０邋－邋０．３３５４）邐（１－１）逡逑式中，ｇ為石墨化度（％），０．３４４０和０．３３５４分別為完全未石墨化和理想晶體的層逡逑間距離，為石墨樣品的（００２）面間距�？梢酝ㄟ^布拉格公式（Ｋｌｕｇ，１９５４）求得：逡逑Ｘ邋＝邋２ｄ００１邋ｓｉｎ０邐（１－２）逡逑式中，九為Ｘ射線波長(zhǎng)，為面間距，０為（００１）面的衍射角。逡逑

焙燒和浸漬工藝需要多次重復(fù)，最后在超過ｌ000°Ｃ的溫度下進(jìn)行石墨化得到多晶石逡逑墨塊體。普通石墨生產(chǎn)周期長(zhǎng)，能耗高，污染大，產(chǎn)品品質(zhì)不容易控制，主要用于一逡逑般的電極、坩堝、發(fā)熱體等。圖１－３為普通多晶石墨的生產(chǎn)工藝流程圖Ｏｎａｇａｋｉｅｔａｌ．，逡逑２０１３）。逡逑７逡逑

ＳＰＳ工藝中，粉末顆粒表面比常規(guī)電燒結(jié)工藝更容易純化和活化，并且促進(jìn)了材料在逡逑微觀和宏觀間轉(zhuǎn)移，因此與傳統(tǒng)工藝相比，ＳＰＳ可以在更低的溫度和更短的時(shí)間內(nèi)獲逡逑得更高質(zhì)量的燒結(jié)體。圖１－６示出了典型的直流脈沖電流路徑以及用導(dǎo)電粉末材料，逡逑并且在ＳＰＳ燒結(jié)過程中，脈沖電流如何流過模具、石墨沖頭和粉末顆粒的。ＳＰＳ過程逡逑是一種電燒結(jié)技術(shù)，它將來自特定脈沖發(fā)生器的直流脈沖電壓和大電流施加到顆粒粉逡逑末，不僅促進(jìn)燒結(jié)，還有效地消除了存在于粉末顆粒表面上的吸附氣體、氧化膜和雜逡逑質(zhì)。逡逑１５逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2785262