[發明專利]炭炭復合材料的制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710114158.5
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106915969B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 曾燮榕;徐清明;徐國忠
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: F16D69/02
• 分類號: F16D69/02;C04B35/83;C04B35/622;C04B38/00
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 陽開亮

本發明涉及炭復合材料技術領域。具體公開一種炭炭復合材料的制備方法和應用。所述制備方法至少包括以下步驟：1)在惰性氣體氛圍中對纖維預制體進行升溫浸漬處理，升溫速率為3～6℃/min，升溫至450～465℃，并恒溫50～80min，并保持浸漬的壓強為2～3MPa；2)以3～6℃/min的升溫速率升溫至590～600℃，同時將浸漬的壓強增至4～5MPa，恒溫100～120min，自然冷卻；3)將2)中冷卻得到的物質置于氮氣氛圍中進行逐步升溫升壓炭化處理；重復上述步驟1)～3)至少一個周期。本發明得到的炭炭復合材料的密度比恒壓制得的炭炭復合材料的密度高5％～15％，孔隙率降低5.5％～25％。

技術領域

本發明涉及炭復合材料技術領域，尤其涉及一種炭炭復合材料的制備方法和應用。

背景技術

液相浸漬工藝是制備炭炭復合材料的重要工藝方法之一，具體是以樹脂或瀝青作為前驅體，浸漬炭纖維制成的C/C復合材料氈體。不過，由于瀝青或樹脂都無法有效地浸漬進入炭纖維和炭纖維之間的縫隙里，因此，主要用多次重復浸漬-炭化-石墨化來實現致密預制體的制備。

在液相浸漬工藝中，常用的浸漬液有兩類：一類是熱固性樹脂如吠喃、糠醛和酚醛樹脂等，另一類是熱塑性樹脂，如各向同性的石油瀝青和煤瀝青以及各向異性的中間相瀝青。前者只能得到玻璃炭，而且炭化過程由于小分子分解，氣化，在氣化時逸出的氣體會導致產品內部出現熱機械應力，不能進一步石墨化，性能較差。以瀝青為基體的C/C復合材料表現出優異的抗熱震性能和機械性能，主要是由于瀝青和炭纖維具有良好的界面結合性，在炭化時形成的中間相瀝青沿纖維方向定向排列，因此炭化后的瀝青基體的熱力學性能與纖維匹配較好。瀝青的殘炭率高，各向同性瀝青殘炭率可達50％-60％，中間相瀝青的殘炭率為60％～80％，表現出更高的殘炭率。炭化時由于與纖維有良好的潤濕和粘結性易產生開孔，利于再浸漬和密度的提高。

為了進一步提高基體殘炭率、增大密度、改善C/C復合材料的各種性能，人們發展了高壓(100Mpa)液相浸漬炭化工藝。高壓液相浸漬炭化工藝是利用內外壓差使低粘度基體滲透到纖維織物的孔隙里。殘炭率受壓力影響非常顯著，各向同性瀝青的殘炭率可由常壓下的50％提高到高壓下的90％，有效地提高了致密化程度。但是，高壓浸漬/炭化設備昂貴，工藝成本高。

發明內容

針對現有高壓浸漬工藝裝備炭炭復合材料存在的制備壓力過高導致設備昂貴、成本高；密度、孔隙率及彈性模量有待改善等問題，本發明實施例提供了一種炭炭復合材料的制備方法。

以及，本發明實施例還提供了該炭炭復合材料的應用。

為了達到上述發明的目的，本發明實施例采用了如下的技術方案：

一種炭炭復合材料的制備方法，至少包括以下步驟：

步驟S01.在惰性氣體的保護氛圍中對纖維預制體進行升溫浸漬處理，升溫速率為3～6℃/min，升溫至450～465℃，并在450～465℃下恒溫50～80min，并保持浸漬的壓強為2～3MPa：

步驟S02.繼續以3～6℃/min的升溫速率升溫至590～600℃，同時將浸漬的壓強升至4～5MPa，在590～600℃下恒溫100～120min，然后自然冷卻；

步驟S03.將步驟S02中冷卻得到的物質置于氮氣氛圍中進行炭化處理，所述炭化處理的升溫速率為2～5℃/min，升溫至950～1050℃，并在950～1050℃下恒溫炭化110～120min；所述炭化處理的升溫過程中，溫度升至380℃時，壓強為2～3MPa，溫度升至380～600℃時，壓強升至5～6MPa，溫度升至600～1050℃時，壓強升至8～10MPa；

重復上述步驟S01～步驟S03至少一個周期。

以及相應地，如上方法制備的炭炭復合材料在剎車片中的應用。