[發明專利]一種微波-紫外低溫改性C/C 復合材料的方法

有效

• 申請號: 201310244722.7
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103332963A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 曹麗云;黃毅成;黃劍鋒;李阿婷;費杰;李翠艷;孔新剛;王程;盧靖
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C04B41/80
• 分類號: C04B41/80;C04B35/83
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種C/C復合材料的改性方法，特別涉及一種能夠提高C/C復合材料在低溫階段的抗氧化性能的微波-紫外低溫改性C/C復合材料的方法。

背景技術

C/C復合材料具有其它結構材料無法比擬的力學性能和高溫性能，因此被廣泛應用于航空、航天以及其他的民用領域。C/C復合材料在370℃左右的有氧環境中開始氧化，隨著溫度的升高，氧化速率迅速加快，材料的性能受到了嚴重的影響，從而限制了C/C復合材料的應用，因此C/C復合材料的抗氧化是當前研究的重點。

目前，碳碳復合材料的抗氧化途徑主要有兩種：（1）表面涂層技術，通過在碳碳復合材料表面制備合成耐高溫抗氧化涂層，防止C/C復合材料與氧氣接觸，并阻止氧氣在材料內部擴散，從而起到抗氧化的作用，提高C/C復合材料的性能。（2）基體改性，即對C/C復合材料的碳纖維和碳基體進行改性處理，通過一定的工藝添加各種抗氧化劑，使其本身具有較強的抗氧化能力。雖然基體改性發展的比較早，但仍沒有取得突破性進展，存在一些問題：一方面，阻氧成分的引入會導致C/C復合材料力學性能和熱學性能的下降；另一方面，在高溫下，阻氧成分的化合物容易揮發，從而導致保護失效，所以這種方法只限于在1000℃以下的抗氧化保護。綜上所述，對C/C復合材料進行基體改性有必要進行更深入的研究，在不影響材料性能的基礎上，提高材料的氧化防護能力和拓展C/C復合材料低溫應用領域具有重要的意義。

到目前為止，傳統的改性方法主要有碳纖維改性法、液相浸漬法、添加劑法以及基體置換法等。碳纖維改性的方法主要有兩種：一種是在碳纖維表面涂敷涂層。外敷涂層隔斷了氧氣與碳纖維的接觸，從而達到保護材料的目的。添加劑法，添加劑法是指通過共球磨或共沉淀等方法將氧化抑制劑或前驅體彌散到基體碳的前驅體中，從而在材料合成時共同成型為C/C復合材料。基體置換法，此方法被認為是傳統改性方法中最有效的方法。它是將具有抗氧化作用的材料加入到C/C復合材料中，利用各種方法（化學氣相反應法、浸滲法、反應熔滲法等等）使其置換部分或全部基體碳，形成多元基體材料，進而提高材料本身的抗氧化性能。液相浸漬技術，由于液相法具有流動性好、擴散快等優點，因而被用來浸漬C/C復合材料。浸漬過程中，液相中的氧化抑制劑擴散滲入到材料內部，填充C/C復合材料基體中許多氣孔和微裂紋等結構缺陷，即使得氧化活性點減少，并在材料表面形成一層很薄的覆蓋層，降低氧化速率。

在新型的基體改性方法中，弭群首次采用微波水熱法對碳/碳基體進行改性，能使材料在700-800℃的抗氧化性能顯著提高。王妮娜等人采用了溶劑熱法對C/C復合材料基體進行抗氧化改性，利用該方法改性C/C復合材料時，其主要原理是利用溶劑熱過程中形成的高溫、高壓超臨界環境下的流體具有很強的運送能力，將液相中的氧化抑制劑粒子在一定溫度和壓力下，通過擴散、溶解和反應等物理化學作用運送到基體內部，填充基體的孔隙，阻止氧與碳基體反應，保護整個C/C復合材料。溶膠-凝膠處理法也是近年來才出現的一種改性C/C復合材料的方法，將該方法與水熱法相結合，使溶膠-凝膠體系處于一種臨界溫度和壓力，通過壓力、擴散、溶解和反應等作用進入到碳/碳基體內部，并填充碳/碳基體的孔隙，阻止氧與碳基體發生反應，保護整個C/C復合材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠提高C/C復合材料的低溫抗氧化性的微波-紫外低溫改性C/C復合材料的方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

1）取飛機剎車片所用的2D-碳/碳復合材料清洗干凈后烘干備用；

2）將分析純的硼酸三正丁脂和無水乙醇按1:（2-6）的體積比混合，并不斷攪拌得到A；

3）將A與分析純的乙酸按（2-4）：1的體積比混合，并不斷攪拌，形成溶膠前驅體，記為B；

4）再向B中加入B質量10%的ZrB₂粉體，攪拌形成均勻的懸浮液C；

5）將懸浮液C倒入四頸圓底燒瓶中，并將2D-碳/碳復合材料置于懸浮液C中，將裝備好的四頸圓底燒瓶放入微波·紫外·超聲波三位一體合成萃取反應儀中固定好，采用鉑電阻測溫方式測溫；

6）采用微波-紫外的合成模式，紫外燈的功率為300W，紫外燈中心波長為365nm，選擇溫度-時間工作模式，設定反應溫度30～80℃，時間60～180min，微波加熱時間設為10min，保溫過程微波的輸出功率為24W，反應結束后自然冷卻到室溫；取出C/C基體，再用無水乙醇清洗表面，然后放入馬弗爐中450℃保溫2-10h，得到改性后的C/C復合材料。