[發明專利]化學氣相沉積法制備炭黑增強的炭/炭復合材料

無效

• 申請號: 200910131385.4
• 申請日: 2009-04-17
• 公開（公告）號: CN101531537A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 趙建國;張素芳;仝慶華;楊亞妮;郭永;馮鋒
• 申請（專利權）人: 山西大同大學
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種炭/炭復合材料，特別是利用化學氣相沉積法制備的炭/炭復合材料。

背景技術

炭/炭復合材料綜合了炭材料的高溫性能和復合材料優異的力學性能，在2800℃的高溫下仍能保持其室溫時的強度，這是目前工程材料中唯一具有這種特性的材料，所以歐美等發達國家把炭/炭復合材料的研究列入關鍵技術計劃。其主要性能特點有：磨擦系數穩定、高溫下強度和剛度高、耐燒蝕、耐腐蝕、尺寸穩定性高、耐疲勞、抗熱震、高導電性、高導熱率、低熱膨脹系數以及生物相容性等。材料的宏觀性能決定于微觀組織結構，所以根據材料的性能要求來設計微觀組織結構是炭/炭復合材料工藝研究的熱點。炭黑屬于各向同性熱解炭的微觀組織結構，各向同性熱解炭的硬度高，但密度偏低，導致相應的性能不高，在常壓下難轉變為石墨結構。但各向同性熱解炭與基體的結合強度高，界面無裂紋。各向同性與其他幾種織構的不同配合將獲得具有不同力學性能的炭/炭復合材料，如光滑層熱解炭與各向同性熱解炭組合具有高強度高剛度；各向同性熱解炭與粗糙層熱解炭組合則可以得到具有較高斷裂強度和較好的斷裂韌性的材料，所以用炭黑作增強材料制備的炭/炭復合材料，具有高強度、高剛度、高斷裂強度和較好的斷裂韌性等優點。

公知的三維編織炭纖維預制體所制備的炭/炭復合材料工藝復雜，價格昂貴；而采用二維炭纖維織物鋪疊法制作的預制體，其制備的炭/炭復合材料通常表現為平行于疊層方向的強度高，垂直于疊層方向上強度明顯偏低，也就是說二維炭纖維織物鋪疊法制作的預制體所制備的炭/炭復合材料也存在著價格昂貴、各向異性的缺點。

發明內容

為了克服現有技術制備炭/炭復合材料成本高，各向異性的缺點，本發明提供一種炭黑增強的炭/炭復合材料，它采用化學氣相沉積方法制備。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是采用下述方法制備炭黑增強的炭/炭復合材料；

1)首先用2～3層炭纖維布卷曲制成直徑為60～90mm，高度為300～500mm的規則的圓筒，并用12～24K炭纖維縫好接頭縫隙部位，涂刷40～60％的聚醋酸乙烯水溶液，在溫度為70～80℃的烘箱內干燥成型；

2)加工Φ60～90×Φ20×30mm³的石墨圓環兩件作為圓筒的筒底，并在其中一個石墨圓環邊緣開5mm深6mm寬的槽，將開槽的石墨圓環套在炭纖維布圓筒的一端，用12～24K炭纖維將炭纖維布圓筒沿小槽與石墨圓環綁緊，固定好；

3)將Φ20×300～500mm的石墨棒插入石墨圓環Φ20的孔中，然后將炭黑緩慢地倒入帶有石墨圓環的炭纖維布圓筒中，并把另一個石墨圓環蓋在炭纖維布圓筒另一端的上面，壓緊；將裝配好裝有炭黑的炭纖維布圓筒預制體夾持在化學氣相沉積爐的兩電極之間；

4)將化學氣相沉積爐的爐門關好，抽真空，檢查氣密性良好的條件下，通入天然氣，流量為2～3m³/hr，爐內壓強為0.10MPa，預制體中心的溫度應在4～6小時內由室溫升到900～1000℃，然后以沿徑向0.25～0.30mm/hr的沉積速度沉積80～140小時，至預制體的表面溫度達到1150～1200℃時，停止升溫，之后以200～250℃/hr的速度降溫至表面溫度為150～200℃時，切斷電源，關掉天然氣，隨爐冷卻到室溫。

本發明相比現有技術的優點在于：由于采用炭黑作增強體，用炭黑代替炭纖維，利用化學氣相沉積方法一次成型制備炭/炭復合材料，所制備炭黑增強的炭/炭復合材料表現出各向同性、高強度、高剛度、高斷裂強度和較好的斷裂韌性。不但使得生產成本降低，而且有效地克服了現有技術炭/炭復合材料在垂直于疊層方向上強度低的缺陷。同時，由于生產成本降低，使得炭/炭復合材料的廣泛應用成為可能。這種制備方法可制備不同尺寸大小的圓柱體炭/炭復合材料制件。

下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明。

具體實施方式

實施例1：