● 摘要
碳泡沫是一种由形成孔穴棱边和壁面的固体杆或固体板所构成的相互联结的三维网络体。作为一种新型的多孔材料，碳泡沫的许多优点使其被用作航空航天等领域的高性能隔热材料。空心陶瓷微球是一种轻质非金属多功能材料，其主要成分由二氧化硅和氧化铝组成，是一种新的粉体材料，被誉为空间时代材料。在本研究中，首次将空心陶瓷微球引入到液态的甲阶酚醛树脂中，经过物理发泡、固化、碳化等工艺过程，使空心陶瓷微球分布在碳泡沫材料中，起到提高力学性能、改善隔热性能的作用。主要内容如下：(1) 首次将空心陶瓷微球作为增强相添加到液态的酚醛树脂体系中，通过搅拌分散与超声分散两种手段使整个体系混合均匀，在常温下进行发泡固化得到酚醛泡沫，然后经过碳化处理，得到空心陶瓷微球含量分别为0、0.5、1、1.5、2wt%的五种碳泡沫材料，其体积密度为0.22~0.27 g/cm3，孔隙率大约为83%。(2) 通过扫描电子显微照片分析，发现碳泡沫材料的孔径大小为150~200μm，孔径分布相对均匀，孔穴形状为球形，碳泡沫材料中存在孔穴的合并和孔穴的破裂，而且孔壁上有一些现状不规则的较大开口。通过能谱分析，发现添加剂空心陶瓷微球位于碳泡沫材料孔穴的结点处。通过XRD图谱分析，发现酚醛树脂热解碳是石墨化很低的玻璃碳。(3) 系统研究了空心陶瓷微球的含量对碳泡沫材料力学性能的影响，发现当添加剂空心陶瓷微球的含量为1wt%时，碳泡沫材料的压缩强度最高为8.28MPa，相比不含添加剂的样品增加了138%，但是当空心陶瓷微球含量增加到2wt%时，碳泡沫的压缩强度很低(3.54MPa)。(4) 系统研究了所制备的碳泡沫材料的在20~800℃的热物理性能，发现空心陶瓷微球含量为0、1、2wt%的碳泡沫材料在常温下的热导率分别为0.25、0.15、0.11W/(m•K)，可以看出空心陶瓷微球的引入可以明显提高碳泡沫材料的隔热性能，而且添加1wt%和2wt%空心陶瓷微球的碳泡沫材料隔热性能相差不大。