[發明專利]一種高導熱C/C復合材料及制備方法

無效

• 申請號: 201310653557.0
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103724043A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 陳潔;肖鵬;熊翔
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

1.一種高導熱C/C復合材料，所述C/C復合材料由炭纖維基體、納米碳管、熱解炭組成，所述納米碳管分布于炭纖維基體表面，熱解炭在炭纖維表面和納米碳管表面“三維”沉積，在炭纖維和熱解炭之間形成高織構CNT/PyC界面過渡層。

2.根據權利要求1所述的一種高導熱C/C復合材料，其特征在于：所述炭纖維基體由無緯布按同一方向疊層形成，所述炭纖維基體中纖維的體積分數為30～40%。

3.根據權利要求1所述的一種高導熱C/C復合材料，其特征在于：所述納米碳管的直徑為50～150nm，長度1um～10um，納米碳管與炭纖維基體的質量百分比為2.5%～7%。

4.根據權利要求1所述的一種高導熱C/C復合材料，其特征在于：所述納米碳管垂直于炭纖維基體表面均勻分布。

5.根據權利要求1-4任意一項所述的一種高導熱C/C復合材料的制備方法，包括下述步驟：

第一步：炭纖維基體的制備

取無緯布進行表面去膠處理后，按同一方向疊層形成單向長纖維的炭纖維基體；

第二步：炭纖維基體表面生長納米碳管

將第一步獲得的炭纖維基體在硝酸鎳溶液中浸泡后干燥，然后，在N₂氣氛中于400～500℃煅燒后，升溫至500～600℃，通入H₂還原，得到纖維表面均勻附著催化劑鎳顆粒的炭纖維基體；還原過程控制H₂與N₂體積比為3：2～4，還原結束后，停止通H₂，繼續升溫至750～800℃，停止通N₂，同時通入碳源氣體、載氣、還原氣體，原位生長納米碳管，反應完畢后，關閉碳源氣體、載氣、還原氣體，再通N₂冷卻到室溫，得到納米碳管分布于炭纖維基體表面的預制體，納米碳管生長過程中，碳源氣體與還原氣體的流量比為1:4～4.5；

第三步：酸化去除殘余催化劑顆粒：

將第二步所得的預制體置于濃硝酸中浸泡后取出，用去離子水反復清洗至pH為6.5-7.5，然后，干燥，得到凈化后預制體；

第四步：CVD增密

將第三步所得凈化后預制體放入等溫CVD爐中，碳源氣體為丙烯、甲烷、天然氣中的一種，稀釋氣體為氮氣、氫氣或其混合氣體，進行CVD沉積，沉積結束后，進行石墨化處理，得到高導熱C/C復合材料。

6.根據權利要求5所述一種高導熱C/C復合材料的制備方法，其特征在于：第一步中，無緯布進行表面去膠處理是將無緯布放在丙酮或苯中浸泡24～28小時，除去預制體內炭纖維表面的有機膠和雜質，使其活性增大；然后用去離子水反復清洗5～8次，除去殘留在炭纖維表面的有機物；再將無緯布自然干燥或放入干燥箱中于60～80℃烘干8～10小時；通過控制所疊無緯布層數，控制炭纖維基體中纖維的體積分數為30～40%。

7.根據權利要求6所述一種高導熱C/C復合材料的制備方法，其特征在于：第二步中，硝酸鎳溶液的質量百分濃度為0.1～0.3%，浸泡時間4～6小時；浸泡后，置于90-110℃的恒溫箱中干燥8～10小時，除去水分，炭纖維表面均勻附著硝酸鎳顆粒；然后，在N₂氣氛中煅燒1-～2小時后，通入H₂，進行還原1.0～2.0h，得到纖維表面均勻附著催化劑鎳顆粒的炭纖維基體，鎳顆粒尺寸為0.05um～0.2um。

8.根據權利要求7所述一種高導熱C/C復合材料的制備方法，其特征在于：第二步中，原位生長納米碳管過程中，碳源氣體為CO、甲烷、乙炔中的一種，載氣和還原氣體為H₂，碳源氣體與載氣和還原氣體流量比為1:4～4.5，生長時間為40～60min。

9.根據權利要求8所述一種高導熱C/C復合材料的制備方法，其特征在于：第三步中，濃硝酸的質量百分濃度為69%，溫度為100～120℃，浸泡時間為8～14min。

10.根據權利要求9所述一種高導熱C/C復合材料的制備方法，其特征在于：第四步中，CVD增密工藝參數為，沉積溫度900～1000℃，丙烯流量：10～15L/min，氮氣流量：20～30L/min，膛壓：1～2Kpa，沉積時間150～250小時；石墨化處理處理溫度為2000～2500℃，石墨化處理時間為：2～4小時；得到含CNT/PyC界面層的高導熱C/C復合材料。