【环氧板】复合材料的石墨化

在环氧板复合材料制备过程中,高温石墨化处理是必不可少的一步。环氧板复合材料的力学性能热物理性能及摩擦、磨损性能与材料碳的结构密切相关。石墨化程度是碳材料最重要的结构参数之一。通过控制、调控环氧板复合材料各组元及整体的石墨化状态，可以赋予复合材料不同的综合性能，满足不同的使用要求。--般来说，随着石墨化程度的提高,材料的导电、导热性能提高,摩擦、磨损性能得到改善，但力学性能会受到损伤。因此，根据材料的使用要求，合理调控石墨化程度至关重要。

环氧板结构的基本单元是由碳原子组成的六角网平面。在石墨中，六角网平面的堆积按ABAB..或ABCABC..的规则排列。而在经过低温处理过的焦炭、玻璃碳等中，网平面的堆积没有规则性，网平面中存在空隙、位错、杂质原子等各种缺陷，发生扭曲,不符合石墨晶体结构的堆积规则，称为乱层结构。在高温热处理下，乱层结构向理想石墨晶体结构转化，这一过程即为石墨化转变过程。

环氧板材料的石墨化进程受石墨化温度和保温时间控制。在石墨化过程中，体系从外界吸收能量,实现乱层结构石墨晶体结构的有序转化，与此同时，原子的热运动也将导致局部的无序化。在一定温度下，这种有序无序转化达到热力学平衡,石墨化进程终止。达到这种平衡状态的所需的时间受材料的种类和石墨化泪度等的影响。对于同一种材料，温度越高,这一时间越短。此外,在有催化七剂、应力或高压状态下碳材料的石墨化进程加速,可石墨化程度提高。CI)催化石墨化。石墨化是一种无序向有序转变的固态反应，这种转变阻力很大，容易形成亚稳态,使石墨化难以进行。通过添加金属或金属化合物，有可能降低石墨化所需要的温度开可提高可石墨化性能。环氧板催化石墨化是一个复杂的过程，目前提出的催化机理主要有2种,即溶解再析出机理和碳化物转化机理。

溶解再析出机理认为催化剂能够溶解碳，且当无序碳溶解饱和时，石墨晶体结构为过饱和，溶解的部分碳就会趋向低能级的石墨晶体结构并沉积出来。这一一过程的动力是有序碳和无序碳之间的自由能之差。碳化物转化机理认为金属元素首先和碳化合生成碳化物，然后再分解生成石墨或易石墨化的碳结构，再转化为石墨。催化石墨化效率与金属元素在碳中的分散程度有关，与催化剂的颗粒尺寸、含量、存在状态(固态、液态或气态)等也有关。

(2)应力石墨化。聚合物碳化制备环氧板复合材料时，先驱体聚合物体积收缩，碳纤维体积膨胀,两者热膨胀的不匹配使碳纤维和基体碳之间产生局部应力。在这种应力作用下,聚合物!碳层状结构取向排列且层间距减小,在石墨化过程中生成较为完善的石墨结构。应力石墨化现象多见于聚合物碳化环氧板复合材料中,纤维与聚合物基体界面结合越好,越容易产生应力石墨化。

(3)高压石墨化。高压也可能降低石墨化所需的温度或使难以石墨化的碳发生石墨化转变。

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