[发明专利]有玻璃态碳涂层的碳泡沫体

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及可用于高温和/或高强度用途、例如可用于希望 有耐熔融金属润湿和渗滤性能的冶金过程的、有玻璃态碳涂层的碳泡沫 体。更具体地说，本发明使得能生产大型、轻质保温度材料，该材料具 有耐化学腐蚀性能，也具有陶瓷包衣石墨的耐温性能，同时显示出优异 强度、重量和密度特征。本发明也包括此类泡沫体的生产方法。

背景技术

[0002]碳泡沫体由于其低密度性能、兼备要么非常高要么低热导 性，已经吸引了颇多近期活动。惯常，碳泡沫体是经由2条一般路线制 备的。已经有人通过中间相沥青在高压下的热处理生产了可高度石墨化 的泡沫体。这些泡沫体倾向于具有高热导性和电导性。例如，在Klett 的美国专利No.6,033,506中，将中间相沥青加热，同时施加1000psi的 压力，产生一种含有尺寸范围为90～200μm的互连泡孔的开孔泡沫体。 按照Klett，在达到2800℃的热处理之后，该泡沫体的固体部分发展成 一种层间间隔为0.366nm的、高度结晶的石墨结构。据断言，该泡沫体 有比以前的泡沫体更大的压缩强度(对于0.53g/cm³的密度而言为3.4 MPa或500psi)。

[0003]在Hardcastle等的美国专利No.6,776,936中，密度在0.68～1.5 g/cm³范围内的碳泡沫体是通过在可高达800psi的压力下加热模型中的 沥青生产的。该泡沫体据说是高度可石墨化的，而且提供了高热导性 (250W/m°K)。

[0004]按照H.J.Anderson等在第43届国际SAMPE会议文集p.756 (1998)中的论文，碳泡沫体是从中间相沥青生产的，随后在高达900 ℃氧化热固和碳化。该泡沫体有形状各异且泡孔尺寸范围为39～＞480μm 的互连泡孔的开孔结构。

[0005]Rogers等在第45届SAMPE会议文集p.293(2000)中描述了 从煤基前体物通过在高压下热处理的碳泡沫体制备，产生密度为 0.35～0.45g/cm³且压缩强度为2000～3000psi(因而强度/密度比为约6000 psi/(g/cm³))的泡沫体材料。这些泡沫体有泡孔尺寸可大至1000μm的 互连泡孔的开孔结构。与上述中间相沥青泡沫体不同，煤基碳泡沫体不 是可高度石墨化的。在一份最近的出版物中，描述了这种类型的泡沫体 的性能(High Performance Composities，September 2004，p.25)。该泡沫 体的压缩强度为800psi且密度为0.27g/cm³或强度/密度比为3000 psi/(g/cm³)。

[0006]Stiller等(美国专利No.5,888,469)描述了通过加氢处理的 煤提取物的加压热处理的碳泡沫体生产。据权利要求，这些材料对于 0.2～0.4g/cm³的密度而言有600psi的高压缩强度(强度/密度比为 1500～3000psi/(g/cm³))。这表明这些泡沫体的强度高于那些有玻璃态碳 或不可石墨化的玻璃性质者。

[0007]聚合物或聚合物前体共混物的直接碳化也能产生碳泡沫体。 Mitchell在美国专利3,302,999中讨论了聚氨酯泡沫体在空气中在 200～255℃加热、随后在惰性气氛中在900℃碳化的碳泡沫体制备。这些 泡沫体的密度为0.085～0.387g/cm³、压缩强度为130～2040psi(强度/密 度比为1529～5271psi/(g/cm³))。

[0008]在美国专利No.5,945,084中，Droege描述了通过从羟基化苯 和醛(酚醛树脂前体)衍生的有机凝胶的热处理的开孔碳泡沫体制备。 该泡沫体的密度为0.3～0.9g/cm³，而且由尺寸范围为2～50nm的小中孔 组成。