[发明专利]抗氧化碳泡沫

说明书

技术领域

本发明涉及可用于高温应用例如绝缘材料的抗氧化碳泡沫 (oxidation resistant carbon foams)。更特别地，本发明涉及展现出优良的 强度、重量和密度特性同时具有改进的抗氧化性的碳泡沫。本发明还 包括用于制备该泡沫的方法。

背景技术

由于它们的低密度以及非常高或低的导热率的性能，碳泡沫近 年来吸引了大量的关注。传统上，碳泡沫通过两种常用路径制备。可 高度石墨化的泡沫在高压下通过中间相沥青的热处理制备。这些泡沫 会具有高的导热率和导电率。例如，在Klett，U.S.专利No.6,033,506 中将中间相沥青加热同时经受1000psi的压力以制得含有尺寸范围为 90-200微米的相互连接的孔的开孔泡沫。根据Klett，在热处理至2800 ℃之后，泡沫的固体部分发展成具有0.366nm的夹层间隔的高度结晶 石墨化结构。该泡沫被宣称具有比以前的泡沫更大的压缩强度(对于 0.53g/cm³的密度而言，为3.4MPa或500psi)。

在Hardcastle等的U.S.专利No.6,776,936中，通过在模具中在 至多800psi的压力下将沥青加热制备密度为0.68-1.5g/cm³的碳泡沫。 该泡沫被宣称为是可高度石墨化的并且提供高的导热率(250W/m°K)。

根据H.J.Anderson等，Proceedings of the 43rd International SAMPE Meeting，756页(1998)，由中间相沥青随后氧化热固化并且 碳化至900℃制备碳泡沫。该泡沫具有形状变化并且孔径为39至大于 480微米的相互连接的孔的开孔结构。

Rogers等在Proceedings of the 45^th SAMPE Conference，293页 (2000)中描述了在高压下通过热处理由煤-基前体制备碳泡沫，以制 得具有0.35-0.45g/cm³的密度和2000-3000psi的压缩强度(因此为 约6000psi/(g/cm³)的强度/密度比)的材料。这些泡沫具有孔径至多为 1000微米的相互连接的孔的开孔结构。与上述中间相沥青泡沫不同， 煤-基泡沫不是可高度石墨化的。在近年来的出版物中，描述了这类泡 沫的性能(High Performance Composites，2004年9月，25页)。该泡 沫具有在0.27g/cm³的密度下为800psi的压缩强度或者3000psi/(g/cm³) 的强度/密度比。

Stiller等(U.S.专利No.5,888,469)描述了通过加氢处理的煤提 取物的加压热处理制备碳泡沫。对于0.2-0.4g/cm³的密度而言，这些 材料被声称具有600psi的高压缩强度(1500-3000psi/(g/cm³)的强度/ 密度比)。其暗示这些泡沫比不能石墨化的具有玻璃碳或玻璃质性质的 那些更强。

碳泡沫还可以通过聚合物或聚合物前体共混物的直接碳化制 备。Mitchell在U.S.专利No.3,302,999中论述了通过在空气中在200- 255℃下将聚氨酯泡沫加热随后在惰性气氛中在900℃下碳化而制备碳 泡沫。这些泡沫具有0.085-0.387g/cm³的密度和130-2040psi的压缩 强度(1529-5271psi/(g/cm³)的强度/密度比)。

在U.S.专利No.5,945,084中，Droege描述了通过将得自于羟基 化苯和醛(酚醛树脂前体)的有机凝胶热处理制备开孔碳泡沫。该泡 沫具有0.3-0.9g/cm³的密度并且由尺寸范围为2-50nm的小的间隙孔 组成。

Mercuri等(Proceedings of the 9^th Carbon Conference，206页 (1969))通过酚醛树脂的热解制备碳泡沫。对于具有0.1-0.4g/cm³的 密度范围的泡沫，压缩强度与密度比为2380-6611psi/(g/cm³)。对于具 有0.25g/cm³的密度的碳泡沫而言，孔为椭圆形的，孔径为25-75微 米。