高导热碳材料（PPT）.ppt

气相生长碳纤维(VGCF) 气相生长碳纤维(VGCF)是一种以铁或铁一镍合金等超细粒子为催化剂，在高温下直接由低碳烃(甲烷、CO、苯等)混合气体析出的非连续纤维状碳。 工艺简单，无需纺丝成形、不熔化和碳化处理，纤维直径变化范围大，原料资源丰富，成本低廉。是一种很有发展前景的高性能和高附加值的不规则短纤维。 方向1：带形中间相沥青纤维沿纤维轴向比圆形纤维具有更高的取向度;并且带状中间相沥青炭纤维经2400℃石墨化处理后的热导率，与经3000℃石墨化处理后的商业化圆形炭纤维相当，大大降低了成本。 方向2：将中间相沥青熔融纺丝得到沥青大分子高度择优取向的纤维, 对中间相沥青纤维进行氧化处理后, 利用其自粘结性成型制备高导热碳材料（自成型）, 省去了对中间相沥青纤维的高温石墨化( 3 000℃ ) 及与其他基体复合等步骤, 直接由中间相纤维热压制备成高导热块体材料, 制备工艺简单, 周期短, 成本较低。 国外科研成果与方向 美国Conoco（康菲）公司推出的溶剂化中间相沥青(Solvated mesophase),成纤后由于溶剂挥发,纺出纤维可以直接进行炭化石墨化,可望制出低成本中间相沥青炭纤维。 美国Amoco（阿莫科）公司研制ThermalGraphTM高导热板，是由圆形中间相沥青纤维压制的，并在31000℃石墨化处理而成。由于它少了中间相沥青纤维的炭化石墨化及与其他炭基体的复合工艺，从而使高导热块体炭材料的成本大为降低。 高导热碳材料 研发简介 航天科技、军事、电子元件 应用 LED灯散热 高导热碳材料优点 1、热导率比较高 铜 ： 390W/(m·K) VGCF复合材料 ： 695W/(m·K) 2、密度比较小 铜 ： 8.96g/cm3 VGCF复合材料 ： 1.48g/cm3 3、耐高温 铜 （熔点） ： 1083℃ 碳材料 ： 3000℃ 4、比强度和比模量较高 优点 传统意义上散热材料已经不能满足需要。炭及石墨材料因具有高导热，低密度等优异性能，在上述领域具有广阔的应用前景。 导热机理：碳材料的定向高导热特性源于碳材料内部沿石墨片层方向上的高导热特性和垂直于石墨片层方向的低导热特性。 碳材料的热导率与内部石墨微晶大小密切相关: 石墨微晶越大, 取向度越高,晶格缺陷越少, 石墨材料的热导率越高。 导热机理 实际制备高导热碳材料时, 随着平行于石墨片层方向热导率的提高(结构缺陷减少), 石墨片层间的间距不断减小, 增大了垂直于石墨片层方向上的热导率, 造成其热导率各向异性度降低。解决这个问题的一个有效途径是形成细长型碳材料(如碳纤维、纳米碳管等), 即在轴向形成结构取向良好的高导热材料, 垂直于轴向方向仅仅依靠物理搭接实现低热导率, 从而获得各向异性程度很高的材料。 高导热碳材料 1、高取向热解石墨(HOPG) 2、碳纤维(CF)及其复合材料 3、泡沫碳 4、碳纳米管(CNTs)复合材料 分类 高取向热解石墨 热解石墨具有材质致密、透气率小、异向性大、机械强度高等特点。 热解碳1600-2000W/mk 年来有关HOPG用作高导热材料方面的研究报道还不是很多。 石墨基体 炭沉积于基体表面 炭氢化合物气氛中 高温 分解及聚合 碳纤维及其复合材料 聚丙烯睛(PAN)基碳纤维（175W/mk）、 气相生长碳纤维(VGCF)（1260W/mk）、沥青基碳纤维 碳纤维中微晶的趋向度和结晶度越高，其热导率越大，碳纤维的模量也随微晶趋向度的增加而增加。 催化剂 气态烃类 H2 混合 高温反应 气相直接析出 短纤维 沥青基碳纤维 中间相沥青基炭纤维具有高度的择优取向和较少的晶格缺陷，热导率达1120W/mk 方法1、：利用中间相沥青纤维中沥青分子的高度择优取向和适度的热塑性热压制备高导热块体炭材料。 方法2、：通过熔融纺丝制备中间相沥青纤维，然后对其氧化后在一定温度压力下自成型，获得高导热炭材料。 弊端：成本高昂、仪器设备要求高（石墨化温度达到3000℃）、难以单独使用（需合成复合材料）、复合材料制备工艺复杂、生产周期长。 成本高昂 原因： (1)制备纺丝中间相沥青过程冗繁; (2)中间相沥青纺丝过程中成纤率低; (3)不熔化过程耗时长; (4)需要高温热处理以获得高度石墨化。 如何降低成本、改进生产方式为研究方向。