[發明專利]碳復合材料

有效

• 申請號: 201580048060.3
• 申請日: 2015-08-13
• 公開（公告）號: CN106660887B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 徐志躍;趙磊
• 申請（專利權）人: 貝克休斯公司
• 主分類號: C04B35/52
• 分類號: C04B35/52;C04B35/536;C04B35/63;C04B35/80;C04B35/82;C04B35/83
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 譚冀

碳復合材料包含在碳微結構之間具有間隙空間的碳微結構；以及設置在至少一些間隙空間中的粘合劑；其中碳微結構包含碳微結構內的未填充空隙。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2014年9月17日提交的美國申請號14/488851的權益，其全部內容通過引用并入本文。

背景技術

石墨為碳的同素異形體并且具有層狀平面結構。在每層中，碳原子通過共價鍵布置成六邊形排列或者網狀。然而，不同碳層僅僅通過弱的范德華力保持在一起。

由于石墨導熱和導電優異、質輕、摩擦系數低并且耐熱和耐蝕性高，其已經廣泛用于各種應用，包括電子設備、核能、熱金屬加工、涂料、航天等。然而，石墨沒有彈性并且具有低強度，這可能限制其進一步應用。因此，本行業一直接受具有改進的彈性和機械強度的新石墨材料。如果這類材料還具有改進的高溫耐蝕性，那將是更有利的。

發明內容

現有技術中的上述和其他缺陷在一個實施方案中通過包含在碳微結構之間具有間隙空間的碳微結構和設置在至少一些所述間隙空間中的粘結劑的碳復合材料克服；其中所述碳微結構包含碳微結構內的未填充空隙。

在另一個實施方案中，碳復合材料包含：至少兩個碳微結構；以及設置在所述至少兩個碳微結構之間的粘結相；其中所述粘結相包括粘結劑，其包含SiO₂、Si、B、B₂O₃、金屬、金屬的合金或包含前述中的至少一種的組合；其中金屬是鋁、銅、鈦、鎳、鎢、鉻、鐵、錳、鋯、鉿、釩、鈮、鉬、錫、鉍、銻、鉛、鎘和硒中的至少一種。

所述復合材料可以是條、塊、片、管形、圓柱形坯料、環形體、粉末或粒料的形式。

附圖說明

以下說明不應以任何方式視為限制性的。參照所附附圖，相同的元件以相同的方式編號。

圖1是在室溫和大氣壓下共混的包含膨脹石墨和微米大小或者納米大小的粘結劑的復合材料的掃描電子顯微鏡(“SEM”)圖像；

圖2是根據本公開的一個實施例的在高壓和高溫條件下由膨脹石墨和微米大小或者納米大小的粘結劑形成的碳復合材料的SEM圖像；

圖3是根據本公開的另一實施例的碳微結構的SEM圖像；

圖4是根據本公開的一個實施例的碳復合材料的示意性圖示；

圖5示出了以下的應力-應變曲線：(A)天然石墨；(B)膨脹石墨；(C)膨脹石墨和微米大小或者納米大小的粘結劑的混合物，其中在室溫和高壓下壓制樣品；(D)根據本公開的一個實施例的在高溫和低壓下由膨脹石墨和微米大小或者納米大小的粘結劑壓制的碳復合材料(還稱為“軟復合材料”)；以及(E)根據本公開的另一實施例的在高壓和高溫條件下由膨脹石墨和微米大小和納米大小的粘結劑形成的碳復合材料(還稱為“硬復合材料”)；

圖6示出了碳復合材料在不同負載情況下的環路試驗結果；

圖7示出了碳復合材料的分別在室溫和500°F下試驗的滯后結果；

圖8是碳復合材料在500℃下暴露于空氣25小時之前和在500℃下暴露于空氣25小時之后的比較；

圖9A是碳復合材料在熱沖擊之后的照片；圖9B圖示了關于熱沖擊的情況；

圖10是碳復合材料樣品(A)在200°F下暴露于自來水20小時之前和(B)在200°F下暴露于自來水20小時之后，或者(C)在200°F下暴露于自來水3天之后的比較；

圖11是碳復合材料樣品(A)在200°F下暴露于帶有抑制劑的15％HCl溶液20小時之前和(B)在200°F下暴露于帶有抑制劑的15％HCl溶液20小時之后，或者(C)在200°F下暴露于15％HCl溶液3天之后的比較；以及