[發(fā)明專利]一種高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料及制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310653557.0
• 申請(qǐng)日: 2013-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN103724043A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳潔;肖鵬;熊翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/83
• 分類號(hào): C04B35/83
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 顏勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料及制備方法，具體地說是涉及一種在炭纖維表面垂直生長(zhǎng)納米碳管改性的高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料及制備方法。屬于C/C復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

炭纖維增強(qiáng)炭基(簡(jiǎn)稱為炭/炭，具體到本發(fā)明即C/C)復(fù)合材料以其密度低、高溫強(qiáng)度高、模量高、高溫?zé)岱€(wěn)定性好、線膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率高、摩擦系數(shù)穩(wěn)定、耐燒蝕、耐腐蝕等一系列優(yōu)異性能，被認(rèn)為是一種最有發(fā)展前途的新型耐高溫結(jié)構(gòu)材料，并已廣泛應(yīng)用于航天航空等領(lǐng)域。隨著我國(guó)航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，航空航天器性能不斷提高，因此對(duì)航空航天用抗燒蝕、防熱材料的性能要求也越來越高。高功率密度電子器件、核聚變裝置用面對(duì)等離子體材料在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生和積累大量的熱量，為保證設(shè)備穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，需將產(chǎn)生的熱量及時(shí)導(dǎo)出，因而對(duì)材料的導(dǎo)熱性能提出了很高的要求。

C/C（炭纖維增強(qiáng)炭基體）復(fù)合材料中碳原子的晶格振動(dòng)是材料熱傳導(dǎo)的基礎(chǔ)，與炭材料的微晶結(jié)構(gòu)的有序度成正比。炭纖維種類、基體炭是熱傳導(dǎo)的主要通道，炭纖維/基體炭界面則起到了炭纖維與基體炭之間熱傳遞的“橋梁”作用。針對(duì)C/C復(fù)合材料的導(dǎo)熱機(jī)理，提高其導(dǎo)熱性能的具體措施有：（1）使用微晶有序度高（高織構(gòu)）的高導(dǎo)熱炭纖維（如高模量炭纖維，瀝青基炭纖維）；（2）使用微晶有序度高的基體炭（如中間相瀝青炭）；（3）界面改性，調(diào)整改善炭纖維/基體炭界面的微晶結(jié)構(gòu)，減少界面缺陷，提高復(fù)合材料中界面的熱傳導(dǎo)效率。目前，高導(dǎo)熱炭纖維，高導(dǎo)熱基體炭先軀體價(jià)格昂貴，難于進(jìn)口，因此通過使用高導(dǎo)熱炭纖維或基體炭來制備高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料會(huì)導(dǎo)致材料制造成本大幅度增加。現(xiàn)有技術(shù)方案中，制備高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料都是選用中間相瀝青作為基體炭的先驅(qū)體，如劉郎、史景利等，制備成本高。相比之下，對(duì)材料進(jìn)行界面改性，設(shè)計(jì)形成微觀結(jié)構(gòu)有序度高的界面過渡層，是一個(gè)在現(xiàn)有原材料的基礎(chǔ)上，能通過工藝調(diào)整實(shí)現(xiàn)材料高導(dǎo)熱的方法。現(xiàn)有技術(shù)方案中，C/C復(fù)合材料界面改性基本用于改善炭纖維與樹脂炭之間的界面結(jié)合，少有用于炭纖維與熱解炭基體間的界面改性；盧雪峰等利用納米炭纖維對(duì)炭纖維與熱解炭界面進(jìn)行調(diào)節(jié)，但并未形成完整的界面過渡層，且主要用于提高材料的力學(xué)性能，而對(duì)導(dǎo)熱性能的提高也并不明顯。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種結(jié)構(gòu)合理、導(dǎo)熱率高的高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料；本發(fā)明制備的高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料中，垂直炭纖維表面均勻分布有納米碳管（CNT），熱解炭在炭纖維和納米碳管表面沉積，形成高織構(gòu)CNT/PyC界面過渡層。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、操作方便、可在炭纖維表面形成垂直均勻分布的納米碳管（CNT），使熱解炭在炭纖維和納米碳管（CNT）表面沉積，形成含高織構(gòu)CNT/PyC界面過渡層的高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明一種高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料，所述C/C復(fù)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實(shí)現(xiàn)“三維”沉積，形成高織構(gòu)CNT/PyC界面過渡層。

本發(fā)明一種高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料，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?jǐn)?shù)為30～40%。

本發(fā)明一種高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料，所述納米碳管的直徑為50～150nm，長(zhǎng)度1um～10um，納米碳管與炭纖維基體的質(zhì)量百分比為2.5%～7%。

本發(fā)明一種高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料，所述納米碳管垂直于炭纖維基體表面均勻分布。

本發(fā)明一種高導(dǎo)熱C/C復(fù)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(jìn)行表面去膠處理后，按同一方向疊層形成單向長(zhǎng)纖維的炭纖維基體；

第二步：炭纖維基體表面生長(zhǎng)納米碳管