论文摘要
碳纤维具有高比强度、高比模量、耐热、耐化学腐蚀、耐摩擦、导电、导热、抗辐射、良好的阻尼、减震、降噪等一系列综合性能,是理想的耐烧蚀、结构和功能性复合材料组元;酚醛树脂具有原料易得、成本低廉、耐热、耐烧蚀、工艺性良好等优点,是常用的复合材料的基体树脂,它们广泛应用于航空航天、国防军事等尖端领域以及高级体育休闲用品、医疗器械、机械、交通等民用行业。碳材料的性能与其结晶度、宏微观结构和表面特性等方面有很大的关系,通过热处理等方法可以使碳由无序向有序化结构发展（即石墨化）,但是这需要很高的温度。适当添加一些元素可以有效地降低转化温度（催化石墨化）。催化石墨化简化对设备和能源的要求,具有重要现实意义和应用价值。本论文对聚丙烯腈（PAN）基碳纤维和酚醛树脂两种难石墨化碳催化石墨化以及化学镀方法修饰碳纤维作了研究,具体内容如下:（1）铜和硼化物对PAN基碳纤维的催化石墨化:将单质铜与硼酸跟PAN基碳纤维进行混合研磨,经过石墨化炉高温处理（HTT）,利用X射线衍射（XRD）、激光拉曼光谱和扫描电镜（SEM）,检测了铜和硼在热处理过程中的变化,催化剂的量和热处理温度对石墨化度的影响,结果显示碳纤维的石墨化度能由25.6%提高到95.6%,表明铜和硼化物二元催化剂体系要比一元催化剂体系铜或硼更能显著地提高PAN基碳纤维的石墨化度,硼有助于完善碳纤维的石墨晶型,减少缺陷,在硼与碳反应生成碳化物以后,有助于铜参与催化石墨化作用。铜和硼的催化石墨化机理主要为溶解-析出机理,高温阶段有硼的碳化物形成-分解机理。（2）铜和硼化物对酚醛树脂的催化石墨化:比较了催化剂加入方式对石墨化的影响,铜和硼化物通过研磨的方法要比用溶液分散的方法加入到酚醛树脂中具有更好的催化石墨化效果,前者石墨化度达到93%,层间距d002为0.3360 nm,与石墨层间距d0020.3354 nm非常接近,而后者石墨化度仅为64.3%,d002为0.3385 nm,而且衍射峰的对称性差。研磨法操作简单,催化剂的量和比例能精确控制,催化效果明显。在热处理过程中,温度对石墨化进程起了决定性的作用,铜能够改变酚醛树脂的碳的取向排布,硼能够使碳的交联键断开和消除碳结构缺陷,从而有利改善酚醛树脂的无定向碳向有序化石墨层结构发展。（3）铁-镍合金对PAN基碳纤维的催化石墨化:在对碳纤维表面进行去胶、粗化、敏化、活化等预处理后,Fe-Ni合金通过化学镀沉积到碳纤维表面,研究了Fe-Ni合金的催化石墨化作用。经拉曼光谱和XRD分析,Fe-Ni合金对PAN基碳纤维有较好的催化石墨化作用。在化学镀1h和热处理温度为2400℃条件时,ID/IG的比值为0.322,石墨化度为83.7%,层间距d002为0.3368 nm。