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柔性石墨

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  收稿日期:!#$$#!%;修回日期:!$#$#$ 基金项目:邦度自然科学基金(’(’%!)) 作家简介:顾家琳($(**#),女,北京人,教育,闭键从事资料化学工程和炭资料的斟酌与开采。 作品编号: 柔性石墨板的力学本能与微观机闭的干系顾家琳, 清华大学资料科学与工程系,北京 丈量了差别密度柔性石墨板的拉伸强度、压缩率和回弹率等力学本能。斟酌了可膨胀石墨膨化倍率对其力学本能的影响,以为柔性石墨的抗拉强度闭键来自于膨胀石墨解理外面流动之间互相锁合的死板力———一种 内部静摩擦力。又操纵!#、$%、’(#等剖释测试措施斟酌了柔性石墨的内部微观机闭,并讨论了微观机闭对其 力学本能的影响。 症结词: 柔性石墨板;力学本能;微观机闭;膨化倍率;孔径 文献标识码: 序言柔性石墨动作一种新型炭资料已被普遍使用于 工农业的各个坐蓐部分。然而因为柔性石墨板 ((+!)的抗拉强度对比低这一优秀弱点以致其使用 ———更加是动作密封资料时受到肯定的局部。因 此,进一步透彻地分解和理解柔性石墨的微观机闭 与力学本能的干系,对付改良柔性石墨的本能有重 要的外面与践诺道理。本文通过丈量差别密度柔性 石墨板的拉伸强度、压缩和回弹率。进一步斟酌了 可膨胀石墨膨化倍率对拉伸强度的影响,又操纵 等剖释测试措施斟酌了柔性石墨的微观机闭,讨论了内部微观机闭对其力学本能的 影响 试验试验制备的柔性石墨样品所用原料均为 ))、烘干即取得可膨胀石墨。试验经过中职掌相宜的插层电流和插层时 间就能够取得具有差别膨胀倍率的可膨胀石墨。 干燥后的可膨胀石墨正在高温膨化炉中恒温 就取得膨胀石墨(0123456789:5-467)。膨胀石墨再经压轧处分后制成所需的柔 性石墨板。职掌相宜的压轧参数即能够取得差别密 度的柔性石墨板。 柔性石墨板样品的拉伸本能、压缩率和回弹率 的测试是正在全能试验机进取行的。柔性石墨板的垂 直拉伸强度的丈量是正在自制试验装备进取行的。实 验主意闭键是斟酌膨胀石墨的膨化倍率和柔性石墨 的密度对其力学本能的影响。 操纵扫描电镜(!#)视察膨胀石墨和低密度柔 性石墨板的孔机闭。采用压汞法和 射线小角散射法(!’$!)测定密度较高的柔性石墨板的孔径。 操纵$ 射线衍射法($%)斟酌了柔性石墨压缩过 程中石墨微晶取向的转化。操纵原子力显微镜 (’(#)视察自然鳞片石墨和膨胀石墨解理外面的形 膨胀石墨的膨化倍率与柔性石墨板的密度对力学本能的影响 是膨胀石墨的膨胀倍率与其压缩制品柔性石墨板((+!)的抗拉强度( )的干系弧线,其制品的密度均为. 能够看出正在肯定的密度下,由膨化倍率较高的膨胀石墨制得的柔性石墨的 抗拉强度对比大,根本成线性伸长干系。 (=)差别是柔性石墨的抗拉强度和压缩回弹本能与密度的干系弧线。能够看出抗拉强度 与回弹率随柔性石墨的密度增大而填补。但压缩率 随密度填补而减小。图 !(

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  +9G 接待订阅《新型炭资料》《新型炭资料》创刊于($’ 年,由中邦科学院主管,中邦科学院山西煤炭化学斟酌所主办,科学出书社出书,是向邦外里公 开采行的炭资料方面归纳性学术刊物。创刊至今已出书* 本刊已入选《资料科学手艺百科全书》(中邦大百科全书出书社,((’,$)中资料科学类刊物的闭键期刊;《中邦科技期刊斟酌》载文“中文资料科学重点期刊的筛选”[((’ ()],我刊被录选为重点期刊。本刊被《中邦科学引文数据库》、 《中邦粹术期刊评议数据库》、 《中邦科技论文统计与剖释》、 《中邦化学化工文摘》、 《中邦化 学文献数据库》、 《美邦化学文摘(N()》等收录为源期刊,并插足《中邦期刊网》、《万方数据资源编制(N

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  且数值很小,唯有其平行板面拉伸强度的百分之一阁下。图’ 给出了膨化倍率对柔性石墨的压缩回弹 本能的影响,随膨化倍率的填补压缩率低落,回弹率 稍有填补。 (1)是操纵扫描电镜视察到的膨胀石墨轮廓面和低密度柔性石墨板揭层断口的孔机闭照 能够看出柔性石墨板内部的孔众为柳叶形的封锁孔和半封锁孔。 -5(45-*%+,(3 !)+0’%,((’## 是操纵压汞仪丈量的具有差别膨化倍率膨胀石墨的均匀孔径和最可几孔径漫衍弧线。由该图 能够看出其孔径巨细险些不随膨化倍率的转化而改 变,膨胀倍率越大的膨胀石墨其内部的气孔数目越 法测得的柔性石墨板的均匀孔径与密度的干系。因为差别 密度时孔径尺寸相差太大,故采用了三种方式举办 丈量。能够看出,差别密度的柔性石墨板的均匀孔 径差别,密度越大,均匀孔径越小。 图%(2)是差别密度柔性石墨板内部微晶的 (’)面的取向漫衍随密度的转化弧线。用取向峰 的半高宽场所包蕴的角度外现均匀取向角,差别密 度柔性石墨板的均匀取向角与密度的干系睹图 能够看出,跟着密度的增大,柔性石墨板内(’)面的均匀取向角络续低落,终末趋近于定 27’*2$’)*#’3,2,#)3 (2)和(!)是操纵原子力显微镜视察到的自然鳞片石墨和膨胀石墨解理后的外面形色。能够看 出,自然鳞片石墨解理后的外面是由少少呈台阶状 的润滑平面构成,台阶高度正在微米量级。通过插层、 水洗和膨化等一系列处分后,膨胀石墨的解理外面 顾家琳等:柔性石墨板的力学本能与微观机闭的干系 万方数据 爆发了显然的转化,素来的平面形成了带有皱折的 粗劣外面,流动正在几百纳米量级。 柔性石墨板的拉伸强度泉源6/7’)) 等人以为柔性石墨板的强度闭键来自与石墨内部基片间的死板锁合。对照图 (()能够看出,柔性石墨板正在笔直板面宗旨的抗拉强度比平行板面宗旨的拉伸强度低两个数目级。即使 石墨基片之间是靠某种化学键勾结,那么这两个方 向的强度分歧不会产生如许大的分歧。所以,进一 步外明了基片间的勾结力是一种物理勾结。 (3)的原子力显微镜观测的膨胀石墨解理后的外面形色能够看出,膨胀石墨的解理外面发 生了显然的转化,存正在大宗皱折。如此正在修筑柔性 石墨板的压缩经过中,差别膨胀石墨的解理外面就 容易互相锁合而变成具有肯定勾结强度的柔性石墨 板。而正在承担拉伸载荷时,这些互相锁合的石墨基 片间的摩擦力是供给其抗拉强度的闭键泉源。当载 荷超出肯定界限,柔性石墨内部产生的应力召集会 使某些基片间出现滑脱,最终导致断裂。 柔性石墨板密度对力学本能的影响晶体石墨的外面密度为 ,而常用的柔性石墨板的密度为( 此能够看出,跟着柔性石墨密度的低落,其内部气孔率填补,能够以为密度的影响实质上反应的是气孔 的功用。凡是来讲,资料内部气孔对其力学本能的 影响闭键显示正在以下三个方面:(*)气孔的存正在淘汰 了资料对功用于其上载荷的承载面积,于是增大了 实质承载应力;($)气孔的存正在负气孔边际存正在应力 召集,从而影响资料的断裂韧性,气孔处应力召集的 水平与孔径及形势因子相闭;(’)气孔供给了资料产 生形变所需的空间,从而影响资料的断裂举动 气孔第一方面的功用是显而易睹的。对付气孔形成应力召集的影响也禁止看轻。 (扫描电镜,压汞法和9:;9法测得)能够 看出,差别密度的柔性石墨板的均匀孔径差别,密度 越大,均匀孔径越小。图-(3)证实差别密度柔性石 墨板内((($)面的均匀取向角随密度的转化。跟着 密度的增大,柔性石墨板((($)面的均匀取向角络续 低落,当密度超出( 时,均匀取向角根本上维系定值(约为 *’.),这一结果与文献[#]一概。随 着密度的填补,孔隙率减小,柔性石墨的孔径减小, 同时((($)面均匀取向角减小,证实柔性石墨正在承担 压缩载荷时存正在着基面的滑移和转动,通过这些变 形,填充了个别气孔所占空间,从而使孔径减小,承 载面积填补,摩擦力填补;同时,应力召集减小,于是 抗拉强度填补。 柔性石墨的压缩率随密度减小与其内部气孔所 供给的资料变形所需的空间相闭。密度填补,孔隙 率低落,可变形空间减小,加之有封锁孔内气压的影 响,于是形成基片进一步滑移转动疾苦。文献[/,%] 指出柔性石墨的回弹率与其内部封锁孔内的压力大 小相闭。当柔性石墨被压缩时,个别非封锁孔进一 步闭合,封锁孔被压缩变小,其内部压强增大。文献 [#]的斟酌证实,当柔性石墨的密度到达* 时,它只可爆发弹性的压缩和回弹,而不再爆发塑性变形,所以能够以为这时柔性石墨内部的孔隙根本 上均为封锁孔。柔性石墨板的密度越大,不只其内 部的封锁气孔数目增加,同时封锁孔内的压力也增 加,于是回弹率显然填补。 万方数据综上所述,可睹除了文献[!]所提到的气孔对材 料力学举动影响的三个功用外,对付柔性石墨板来 说,因为其内部的封锁孔中气体的存正在及其正在压缩 经过中气压的转化对其力学本能,更加是对柔性石 墨板被压缩后所发挥出来的回弹本能也有较为明显 的影响。 是操纵压汞仪丈量的具有差别膨胀倍率膨胀石墨的均匀孔径和最可几孔径漫衍弧线。由该图 能够看出孔径巨细与膨胀倍率险些无闭,这证实膨 胀倍率越大的膨胀石墨,其内部气孔数目越众。这 样由差别膨胀倍率的膨胀石墨制备出的柔性石墨虽 然其密度相通,但个中气孔的数目是有显然分歧的。 由膨胀倍率大的膨胀石墨制备的柔性石墨,因为其 内部的气孔数目较众,而其孔隙率是肯定的,以是其 均匀孔径相对较小,这就证实对付制备某一密度的 柔性石墨板,用膨化倍率大的膨胀石墨制备的样品, 正在承载时内部应力漫衍更为平均。这也许即是图# 所示的高膨胀倍率的膨胀石墨制成的柔性石墨板抗 拉强度高的来由。别的,膨化倍率越大,膨胀石墨的 气孔数目越众,压缩成柔性石墨时就有更众的封锁 孔。柔性石墨的压缩率巨细与其内部的非封锁孔中 的气体开释和封锁孔中气体的压缩相闭;而回弹主 倘若其内部封锁孔隙内的压缩气体正在卸载后膨胀所 形成的,于是膨化倍率填补,柔性石墨的压缩率稍有 减小,回弹率稍有增大。 结论(#)柔性石墨的抗拉强度闭键来自于膨胀石墨 解理外面流动之间互相锁合的死板力,是一种内部 静摩擦力。 ($)跟着柔性石墨板密度的填补,其拉伸强度 与回弹率填补,压缩率低落,这是因为其孔隙率、孔 径和(%%$)面的均匀取向角都随密度的填补而淘汰, 从而导致内部基片间的承载面积增大,继而抗拉强 度增大。别的,柔性石墨板的密度越大,内部气孔特 别是封锁孔数目越众。跟着压缩载荷的填补,封锁 气孔中的压力填补,且孔隙变小,故压缩率低浸,回 弹率升高。 (!)由膨化倍率较大的膨胀石墨制备的柔性石 墨板具有较大的抗拉强度,闭键是由于这种柔性石 墨的内部气孔数目增加,从而使其内部应力漫衍更 平均。 参考文献: 3#45+%1126%5+#5%+72%1 8&%92:+*5