[發明專利]一種金剛石薄膜增強碳/碳復合材料熱導率的方法

有效

• 申請號: 201310287509.4
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103342573A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 樊楨;馮志海;孔清;趙高文;李同起
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

1.一種金剛石薄膜增強碳/碳復合材料熱導率的方法，其特征在于該方法的步驟為：

1）將碳纖維布平整放置在沉積室內的樣品臺上，碳纖維布與樣品臺緊密貼合并用夾具固定，然后用電弧等離子體噴射方法在碳纖維布表面沉積金剛石薄膜；

2）將步驟1）得到的碳纖維布浸泡在酚醛樹脂浸漬液中，完全浸漬后取出，自然晾干；

3）將步驟2）中處理好的碳纖維布進行疊層熱壓；

4）將步驟3）中處理好的碳纖維布放入碳化爐中進行常壓碳化處理；

5）將步驟4）中碳化處理后的碳纖維布取出后放入瀝青浸漬罐中進行中溫煤瀝青浸漬；

6）將步驟5）中浸漬瀝青后的碳纖維布放入碳化爐中進行常壓碳化處理；

7）重復步驟5）和6）一次以上，得到碳/碳復合材料的密度可達1.6g/cm³；

8）將步驟7）處理后的碳/碳復合材料放入高溫爐中進行最終熱處理，即得金剛石薄膜增強碳/碳復合材料。

2.根據權利要求1所述的一種金剛石薄膜增強碳/碳復合材料熱導率的方法，其特征在于：步驟1）中電弧等離子體噴射方法所使用的設備為：30千瓦級高功率直流電弧等離子體噴射DC?Arc?Plasma?Jet設備。

3.根據權利要求1所述的一種金剛石薄膜增強碳/碳復合材料熱導率的方法，其特征在于：步驟1）中，金剛石薄膜沉積工藝參數為：襯底與等離子體炬噴口距離10～20cm；等離子體炬功率為8～12kW；沉積壓力為2～4kPa；襯底溫度為600～800℃；Ar/H₂體積比為1:2～2:1；甲烷濃度為1%～4%。

4.根據權利要求1所述的一種金剛石薄膜增強碳/碳復合材料熱導率的方法，其特征在于：步驟2）中，酚醛樹脂浸漬液配制方法為：將酚醛樹脂與酒精按質量比1：2稱取后放入攪拌容器內，采用機械攪拌2小時以上。

5.根據權利要求1所述的一種金剛石薄膜增強碳/碳復合材料熱導率的方法，其特征在于：步驟3）中，熱壓工藝參數為：室溫～90℃，升溫1～2h；90℃保溫1～3h，加壓至2～5MPa；90℃～120℃，升溫3～5h，逐漸加壓至8～10MPa；120℃保溫2～4h，并逐漸加壓至10～15MPa；120℃～180℃，升溫3～5h，并逐漸加壓至15～30MPa；180℃保溫3～5h，保持壓力15～30MPa；保持壓力為15～30MPa，自由降溫。

6.根據權利要求1所述的一種金剛石薄膜增強碳/碳復合材料熱導率的方法，其特征在于：步驟4）中，碳化工藝參數為：室溫～200℃，升溫速率10～15℃/min；200～400℃，升溫速率1～5℃/min；400℃，保溫5～10h；400～600℃，升溫速率1～5℃/min；600℃，保溫5～10h；600～900℃，升溫速率3～5℃/min，900℃，保溫3～5h；自由降溫。

7.根據權利要求1所述的一種金剛石薄膜增強碳/碳復合材料熱導率的方法，其特征在于：步驟5）中，中溫煤瀝青浸漬溫度為200～240℃，浸漬壓力為-0.1～3MPa，保壓時間為3～5h。

8.根據權利要求1所述的一種金剛石薄膜增強碳/碳復合材料熱導率的方法，其特征在于：步驟6）中，碳化工藝參數為：室溫～300℃，升溫速率5～10℃/min；300～450℃，升溫速率1～5℃/min；450℃，保溫5～10h；450～650℃，升溫速率1～5℃/min；650℃，保溫5～10h；650～900℃，升溫速率3～5℃/min，900℃，保溫3～5h；自由降溫。

9.根據權利要求1所述的一種金剛石薄膜增強碳/碳復合材料熱導率的方法，其特征在于：步驟8）中，最終熱處理溫度不超過1650℃，最終熱處理工藝參數為：室溫～900℃，升溫速率10～15℃/min；900～1200℃，升溫速率5～10℃/min；1200℃保溫2～4h；1200℃～1600℃，升溫速率3～5℃/min；1600℃保溫2～4h；控制降溫速率小于10℃/min直到溫度降至900℃以下；900℃以下自由降溫。

10.根據權利要求1所述的一種金剛石薄膜增強碳/碳復合材料熱導率的方法，其特征在于：步驟1）中碳纖維布是按照金剛石薄膜沉積設備尺寸和需要制備的，然后將碳纖維布放入丙酮溶液中進行超聲清洗處理，超聲處理時間不小于15min。