[發(fā)明專利]一種碳-碳復(fù)合材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510272504.3
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104892016A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫曉剛;龐志鵬;岳立福;吳小勇;聶艷艷;劉珍紅
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622
• 代理公司: 南昌新天下專利商標(biāo)代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料和功能材料領(lǐng)域，涉及CVD和?CVI及復(fù)合材料制備方法。

背景技術(shù)

碳/碳復(fù)合材料具有低密度(<2.0g/cm³)、高比強、高比模量、高導(dǎo)熱性、低膨脹系數(shù)，以及抗熱沖擊性能好、尺寸穩(wěn)定性高等優(yōu)點，是目前在1650℃以上應(yīng)用的唯一備選材料，最高理論溫度更高達2600℃，因此被認為是最有發(fā)展前途的高溫材料。盡管碳/碳復(fù)合材料有諸多優(yōu)良的高溫性能，目前商用碳/碳復(fù)合材料在溫度高于400℃會發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致材料的性能急劇下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種碳-碳復(fù)合材料的制備方法，以極低松裝比（0.005-0.05g/cm³）的碳納米管為基體材料，采用化學(xué)氣相滲透技術(shù)將碳氫化合物氣體分解，使碳原子填充到這種高孔隙度的碳納米管基體中，將碳納米管基體中的空隙填滿，利用碳納米管高達600℃以上的抗氧化溫度特性，制造出耐高溫、高強度、高傳導(dǎo)性碳/碳復(fù)合材料坯體，再加工成所需零部件，也可將碳納米管裝入模具中，經(jīng)化學(xué)氣相滲透工藝填充碳原子后直接制造成碳/碳復(fù)合材料零部件。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明所述的一種碳-碳復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟。

（1）將碳納米管用氣流分散機分散處理，松裝比控制在?0.001-0.05g/cm³。

（2）用碳纖維編織口袋或模具，將碳納米管加入其中并封好袋口。

（3）將裝有碳納米管的模具放入化學(xué)氣相滲透裝置中，升溫到500-1600℃。

（4）通入碳氫化合物氣體，熱分解后碳原子進入碳納米管基體中，填充間隙，碳原子滲透時間保持2-100小時，爐溫降至室溫后取出。

（5）放入石墨化爐中在2300-3000℃保持2-200小時。

（6）冷卻到室溫后，取出加工成碳/碳復(fù)合耐高溫耐腐蝕高強度零部件。

本發(fā)明的產(chǎn)品可裁剪或加工成需要的形狀和大小，也可直接制造成特定形狀的零部件。本發(fā)明充分利用新的工藝方法制造碳納米管/碳復(fù)合材料，方法簡單、易行。制備的碳/碳復(fù)合材料可充分發(fā)揮碳納米管高強度、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕同時具備很好的柔韌性特點，制造的碳納米管/碳復(fù)合材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能、機械性能、耐高溫性能，在航空航天、汽車工業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，如火箭發(fā)動機噴管及其喉襯、航天飛機的端頭帽和機翼前緣的熱防護系統(tǒng)、飛機剎車盤、耐高溫緊固螺栓等眾多領(lǐng)域具有重要用途。

具體實施方式

本發(fā)明將通過以下實施例作進一步說明。

以下實施例碳納米管的來源是按中國專利ZL201210067937.1、ZL201210304345.7制備的。

實施例1。

（1）取100克碳納米管氣流分散，松裝比控制在?0.001g/cm³。

（2）用碳纖維編織口袋，將碳納米管加入其中并封好袋口。

（3）將裝有碳納米管的模具放入化學(xué)氣相滲透裝置中，升溫到800℃。

（4）通入丙烯氣體，丙烯熱分解，碳原子進入碳納米管基體中，填充間隙，碳原子滲透時間保持2小時，爐溫降至室溫后取出。

（5）放入石墨化爐中在3000℃保持20小時，進行石墨化處理。

（6）冷卻到室溫后，取出加工成碳/碳復(fù)合耐高溫耐腐蝕高強度零部件。

實施例2。

（1）取200克碳納米管氣流分散，松裝比控制在0.05g/cm³。

（2）用碳纖維編織好模具，將碳納米管加入其中并封好。

（3）將裝有碳納米管的模具放入化學(xué)氣相滲透裝置中，升溫到1000℃。

（4）通入甲烷氣體，甲烷熱分解，碳原子進入碳納米管基體中，填充間隙，碳原子滲透時間保持100小時，爐溫降至室溫后取出。

（5）放入石墨化爐中在2800℃保持50小時，進行石墨化處理。

（6）冷卻到室溫后，取出加工成碳/碳復(fù)合耐高溫耐腐蝕高強度零部件。

實施例3。

（1）取100克碳納米管氣流分散，松裝比控制在0.01g/cm³。

（2）用碳纖維編織模具，將碳納米管加入其中并封好。

（3）將裝有碳納米管的模具放入化學(xué)氣相滲透裝置中，升溫到1200℃。

（4）通入乙炔氣體，熱分解后碳原子進入碳納米管基體中，填充間隙，碳原子滲透時間保持200小時，爐溫降至室溫后取出。