【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳材料领域，具体涉及一种碳骨架材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、碳纤维是一种纤维状碳材料，具有非常优异的力学性能(如高比强度，高比模量等)和功能特性(如高导电和导热性)，其作为分散体填充到基体材料中可以大幅提高材料的综合性能。根据纤维形态的不同，碳纤维可分为长丝碳纤维，短切碳纤维，等形式。其中短切碳纤维可加工性高，成本相对较低，因而应用较普遍。然而由于碳纤维的表面惰性，因此其具有疏水性。这导致碳纤维在基体中存在均匀分散的问题。同时由于分散在基体中的碳纤维与基体之间界面热阻大，碳纤维往往不能充分发挥其本征优异性能。同时，随着技术的发展，不同行业对复合材料的导热性能以及力学性能提出了更高的需求。这就要求研发人员将碳纤维的本征性能充分发挥。
2、现有技术中，陈静,等.发表了名为“碳纤维粉改性中间相沥青基泡沫碳的结构与性能”一文（粉末冶金材料科学与工程,2017,22(1),134-140）。该文中采用150μm中间相沥青粉和直径为7.2μm，平均长度约15μm聚丙烯腈基碳纤维粉（不具有向列型液晶的光学特征）制备了碳纤维粉改性中间相沥青基泡沫碳。但因聚丙烯腈基碳纤维的导热系数低，且过短的纤维长度不利于导热性能与力学性能的提升。此外，该制备方法难以将毫米级长度的碳纤维通过固相混合方式混合均匀。
3、现有技术中，公开号为cn115448747a的专利申请公开了一种石墨纤维复合泡沫碳及其制备方法。该专利向低软化点中间相沥青中添加高导热中间相石墨纤维粉，高温自发泡得到碳泡沫，经过氧化，碳化，石墨化后得
4、现有技术中，公开号为cn107601453a的专利申请公开了一种高开孔率泡沫碳材料的制备方法。该专利先将沥青和环氧树脂球磨后，倒入反应容器，并按比例称取双马来酰亚胺进行聚合反应，然后再加入二元胺搅拌获得预聚树脂，所得预聚树脂再经浇注成型、树脂的固化及碳化工艺制得所述泡沫碳材料。该方法所得碳材料中的碳源含有较多的树脂类碳源，因树脂基碳材料通常不易石墨化，因此所得该专利技术所得碳材料的导热性能不佳。
5、现有技术中，公开号为cn102134068a的专利申请公开了一种采用高聚物泡沫为模板，沥青类物质中有机溶剂可溶组分为泡沫碳的碳源，经浸渍、预氧化以及碳化工艺制备高开孔率石墨化泡沫碳材料的方法。该方法需要使用高聚物泡沫模板，并采用有机溶剂对沥青进行萃取，且需要对沥青进行较长时间的预氧化。
6、现有技术中，公开号为cn104150474b的专利技术专利公开了一种中间相沥青基泡沫碳的制备方法。该专利以中间相沥青为主要原料，向原料中加入路易斯酸催化剂，并按路易斯酸催化剂与中间相沥青质量比为0.01-0.5组成的原料，经机械混合、置入高压釜，碳化石墨化，即可制成中间相沥青基泡沫碳材料。该制备方法涉及高压条件或含氟强酸，增加了安全风险。现有技术中，公开号为cn104876580b的专利技术专利公开了一种轻质高导热碳基材料的制备方法。该专利以气相生长碳纤维或高导热中间相沥青短切纤维为增强体，以中间相沥青为粘结剂，经强酸表面处理、混合、高压发泡等工艺制备多孔结构的轻质高导热碳基材料。该方法涉及强酸对纤维表面的改性处理，以及中间相沥青的高压发泡工艺，增加了安全风险。
7、由此可见，现有存在如下缺点：
8、1、因聚丙烯腈基碳纤维具有导热系数低的本征属性，且过短的纤维长度不利于导热性能与力学性能的提升；
9、2、碳纤维以离散相存在于泡沫碳中，较长的毫米级碳纤维难以均匀分散在沥青基泡沫碳中；
10、3、现有技术需要通过精确调控原料、高压发泡和温度来获得泡沫碳；
11、4、现有技术采用模板法获得高开孔率的泡沫碳材料时，模板难以去除；
12、5、现有技术使用有机溶剂或强酸，增加了安全风险；对沥青较长时间的预氧化热处理工艺降低了生产效率；
13、6、现有技术所得碳材料中含有较多不易石墨化碳，导致所得碳材料的导热性能不佳。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术的第一个目的在于提供一种高导热多孔碳骨架材料。
2、本专利技术的第二个目的在于提供一种所述高导热多孔碳骨架材料的制备方法。
3、本专利技术的第三个目的在于提供一种所述高导热多孔碳骨架材料的应用。
4、本专利技术采用如下技术方案实现：
5、一种碳骨架材料，包括碳粘纤维网络体，由碳纤维之间互相粘结而成；和
6、泡沫碳，由所述碳粘纤维网络体埋于中间相沥青粉中加热发泡得到，所述碳粘纤维网络体用于作为框架，限制发泡时泡沫碳孔壁的生成位置，使所述泡沫碳的孔壁延所述碳纤维生成；发泡完成后，所述碳纤维构成了所述泡沫碳的韧带，所述碳纤维围成的韧带之间形成了泡沫碳的孔壁；
7、所述碳粘纤维网络体和所述泡沫碳石墨化后即得所述碳骨架材料。
8、所述碳纤维的直径为10~25µm；
9、所述碳纤维的长度为1~10mm；
10、所述碳纤维为石墨化的碳纤维；
11、所述泡沫碳为石墨化的泡沫碳；
12、所述碳粘纤维网络体的密度为0.1~0.5g/cm3。
13、所述碳骨架材料的面内导热系数为：23.5~62.2 w/m·k ，面外导热系数为：4.1~8.5 w/m·k。
14、所述韧带的直径为15-30µm。
15、一种所述的碳骨架材料的制备方法，包括如下步骤：
16、s1将短切碳纤维与中间相沥青粉混合后加热，使中间相沥青粉软化流动，从而粘附包裹在碳纤维交叉处，然后进一步升温，使中间相沥青粉碳化，以将短切碳纤维粘结，从而得到所述碳粘纤维网络体；
17、s2将所述碳粘纤维网络体埋于中间相沥青粉中，于惰性气氛下加热，使中间相沥青粉融熔后转化为中间相沥青，然后在真空下将中间相沥青浸入所述碳粘纤维网络体中，得到坯体；
18、s3对坯体中的中间相沥青进行发泡后，将坯体石墨化，即得。
19、所述s1包括将短切碳纤维与中间相沥青粉混合后加热至中间相沥青粉软化点以上20~100℃后保温1~3h的步骤；
20、所述中间相沥青粉的软化点为210~350℃
21、所述中间相沥青粉的粒度dv95≤40μm。
22、所述s1中的碳化温度为600-1000℃；
23、所述石墨化的温度为2800～3200℃；
24、所述石墨化的保温时间为0.5~5h。
25、所述s2包括将所述碳粘纤维网络体埋于中间相沥青粉中，于惰性气氛下加热至中间相沥青粉软化点以上20~100℃后，保温并抽真空，使所述中间相沥青浸入所述碳粘纤维本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳骨架材料，其特征在于：包括
2.如权利要求1所述的碳骨架材料，其特征在于：
3.如权利要求1所述的碳骨架材料的制备方法，其特征在于：
4.如权利要求3所述的碳骨架材料的制备方法，其特征在于：
5.如权利要求3所述的碳骨架材料的制备方法，其特征在于：
6.如权利要求3所述的碳骨架材料的制备方法，其特征在于：
7.如权利要求6所述的碳骨架材料的制备方法，其特征在于：
8.如权利要求3所述的碳骨架材料的制备方法，其特征在于：
9.如权利要求3所述的碳骨架材料的制备方法，其特征在于：
10.如权利要求1所述的碳骨架材料的应用，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种碳骨架材料，其特征在于：包括
2.如权利要求1所述的碳骨架材料，其特征在于：
3.如权利要求1所述的碳骨架材料的制备方法，其特征在于：
4.如权利要求3所述的碳骨架材料的制备方法，其特征在于：
5.如权利要求3所述的碳骨架材料的制备方法，其特征在于：
6.如权...
【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳婷，秦宇，张雅芳，默哈默德·萨迪克·巴洛贡，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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