[發(fā)明專利]一種連續(xù)在碳纖維表面進(jìn)行碳化硅涂層的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110152413.8
• 申請(qǐng)日: 2011-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN102220621A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭向云;陳巧梅;弓永昌;弓永盛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原西科納米技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C25D13/02
• 分類號(hào): C25D13/02;C25D13/16;D01F11/12;D01F11/16
• 代理公司: 太原高欣科創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一種連續(xù)在碳纖維表面進(jìn)行碳化硅涂層的方法涉及一種碳纖維表面涂層技術(shù)，具體地說涉及一種采用電泳的方法在碳纖維表面進(jìn)行碳化硅涂層技術(shù)。

背景技術(shù)

碳纖維具有質(zhì)量輕、模量高、強(qiáng)度大、耐疲勞性和抗酸堿等優(yōu)點(diǎn)，例如碳纖維的比重是鋼鐵的1/4，但強(qiáng)度卻是鋼鐵的7-8倍；碳纖維的耐酸堿和抗疲勞性能也明顯優(yōu)于鋼鐵。因此，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在航空航天、工程機(jī)械和體育器材等高科技領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。另外碳纖維的導(dǎo)電性能介于金屬和非金屬之間，是一種重要的高溫結(jié)構(gòu)吸波材料，國(guó)外已應(yīng)用在一些先進(jìn)的隱形戰(zhàn)機(jī)上，如美國(guó)的B-2轟炸機(jī)，其機(jī)翼結(jié)構(gòu)材料主要是由碳纖維復(fù)合材料構(gòu)成的。碳纖維材料優(yōu)異的理化性能，特別是其制品的結(jié)構(gòu)和尺寸穩(wěn)定性，使得碳纖維制品成為航天飛機(jī)、火箭和導(dǎo)彈錐頭和噴管等首選材料。然而，碳纖維材料在使用過程中，特別是在有氧氣環(huán)境中存在易燒蝕的問題。如何解決碳纖維的抗氧化性能差的問題，成為材料界的一個(gè)難點(diǎn)問題。

碳化硅具有強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和抗氧化性能好等優(yōu)點(diǎn)。碳化硅和碳纖維界面間能夠形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，可有效防止涂層的脫落；而且在高溫氧化環(huán)境下，碳化硅涂層氧化形成的致密氧化硅保護(hù)膜，可阻止復(fù)合材料的進(jìn)一步氧化。另一方面，在碳纖維表面涂覆一層碳化硅后，還能解決碳纖維與鋁、鈦等金屬在復(fù)合過程中存在的界面活性高、易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致力學(xué)性能降低等問題。因此，在碳纖維表面涂覆一層碳化硅材料，不僅能提高碳纖維材料的抗氧化性能，而且還能解決碳纖維與金屬界面間的化學(xué)問題，提高碳纖維增強(qiáng)材料的力學(xué)性能，拓寬碳纖維材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

表面涂覆碳化硅的碳纖維材料，具有碳纖維材料原有的質(zhì)量輕、模量高、強(qiáng)度大、耐疲勞性和抗酸堿等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還解決了碳纖維抗氧化性差和在與金屬?gòu)?fù)合過程中存在的界面活性過高等問題。因此是一種性能比碳纖維更優(yōu)異，用途更廣泛的先進(jìn)材料，在航空航天等高科技領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用價(jià)值。在碳纖維表面涂覆一層碳化硅形成碳芯碳化硅纖維，已成為材料界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。相關(guān)技術(shù)國(guó)內(nèi)外也有文獻(xiàn)報(bào)道。

中國(guó)專利02121071.3公布了一種在碳纖維表面涂覆碳化硅表層的方法和專用裝置。該技術(shù)采用射頻聚焦式加熱裝置將碳纖維加熱到1100-1300℃，并在石英管或反應(yīng)器中形成一氯硅烷和高純氬氣的反應(yīng)環(huán)境，使氯硅烷裂解形成氯化氫的同時(shí)，將碳化硅氣相沉積在碳纖維表面，形成碳化硅涂層。中國(guó)專利200610151216.3公布了一種在碳纖維表面制備碳化硅涂層的方法。該技術(shù)是將純度為99.99%的硅粉和純度為99.9%的碳粉按1:1的摩爾比混合后裝入真空球磨罐中，球料質(zhì)量比為20~35:1，然后將球磨罐抽真空后重入0.01~0.2個(gè)大氣壓的純度為99.9999%的氬氣，將球磨罐置于高能球磨機(jī)上以430~510轉(zhuǎn)/分的速度球磨10~24小時(shí)，用2%~5%的鹽酸對(duì)球磨后的粉體進(jìn)行酸性，酸洗后用蒸餾水洗，在60~80℃烘干5~10小時(shí)，得到混合干粉，再取含量為3%~10%的異辛酸鈰或異辛酸釔溶液80~120毫升，與4~6克混合物干粉混合，并加入分析純乙醇或汽油調(diào)成質(zhì)量濃度為5~15%的漿料；再講碳纖維放入漿料中浸漬5~15分并同時(shí)對(duì)漿料進(jìn)行超聲波振蕩，將浸漬后的碳纖維放入烘箱中以60~100℃的溫度烘干2~4小時(shí)，最后將干燥后的碳纖維放入真空爐中，抽空到10-2Pa后通入純度為99.9999%的氬氣并在1200~1600℃的條件下燒結(jié)0.5~2小時(shí)，得到表面具有碳化硅涂層的碳纖維。

采用電化學(xué)方法在碳/碳復(fù)合材料表面沉積碳化硅的方法，也有專利報(bào)道。如中國(guó)專利200810231996公告了一種碳/碳復(fù)合材料納米碳化硅外涂層方法。該方法首先將0.5-1克納米碳化硅放入錐形瓶中，加入100-300ml異丙醇制成懸浮液，放入200-300瓦超聲處理器中超聲處理30-60分鐘，并用磁力攪拌器上攪拌12-24小時(shí)后，加入0.04-0.4克碘單質(zhì)，再用超聲處理30-60分鐘，磁力攪拌器上攪拌12-24小時(shí)，得到碳化硅懸浮液。然后將懸浮液放入水熱反應(yīng)釜中，將碳/碳復(fù)合材料樣品夾到水熱反應(yīng)釜中的陰極上，放入烘箱中，接通電源。在80-300℃下，電壓在120-230V范圍內(nèi)，電泳處理5-60分鐘，最后將電泳處理過的樣品在烘箱中80-100℃烘烤1-2小時(shí)，即可將碳化硅涂覆到碳/碳復(fù)合材料的外表面上。