王慧奇，郭全贵，刘占军，韩 涛，冯志海，刘 朗

(1.中北大学 材料科学与工程学院 山西 太原 030051;2.中国科学院山西煤炭化学研究所 炭材料重点实验室 山西 太原 030001;3.航天工艺材料研究所 先进功能复合材料技术国防科技重点实验室，北京 100076)

1 前言

高性能石墨纤维具有高强度、高模量、耐高温和耐腐蚀等优异性能，广泛地应用于航空航天、汽车制造、机械、核工业、船舶、化工、医疗器械和体育器材等方面［1，2］。迄今为止，国内外研究者们对石墨纤维力学性能的影响方面作了大量的工作，主要采用高温热处理和催化石墨化法来提高石墨纤维的强度和模量。对于较难石墨化的材料，如聚丙烯腈基炭纤维(PAN 基炭纤维)等，为了得到高模量炭纤维，一般需要在3 000 ℃左右的温度下进行石墨化处理，但在如此高温下，炭纤维的强度又会大幅下降［3，4］。因此，采用催化石墨化法，在较低热处理温度下获得较高的模量或在获得相同模量的情况下降低热处理温度对于制备高性能的炭纤维具有重要的意义。

在所有的催化剂体系中，硼(B)是唯一可以与碳形成固溶体的催化剂，硼可以取代石墨晶格中的碳原子，从而进行均匀石墨化，形成了比其它金属催化石墨化结构更规整的石墨［3-5］。一系列研究表明，硼能够起到促进石墨化的作用，同时也降低了纤维热膨胀系数，提高了其抗氧化性能［6-8］。硼引入纤维的方法有很多种，主要包括:间接引入法、液体浸渍法、直接接触法、PAN 共聚改性法和气相沉积法，但室温下硼在碳晶格中的固溶度为0.4%，是硼在碳晶格中的替代极限值。……