[發明專利]一種塊體碳增強體/碳復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710127066.0
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN108530099B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 林坤鵬;冉佳佳;楊浩田;章文;李建林;王連軍;江莞;范宇馳
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/532;C04B35/622
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種通過固相反應燒結得到的塊體碳增強體/碳復合材料及其制備方法。塊體碳增強體/碳復合材料，是將納米金剛石粉體在溶劑中均勻分散后，將碳纖維布通過含有納米金剛石粉體的料漿容器使之浸漬，然后將浸掛料漿的碳纖維布干燥得到含有金剛石粉體的碳纖維布的預制體，然后按所需規格剪裁，疊層在一起，在保護氣氛下施加壓力經高溫燒結后得到所述碳增強體/碳復合材料。本發明所制備的塊體碳增強體/碳復合材料具有高的致密度和良好的力學性能，可用于耐磨材料、電極材料、核能工業等。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種塊體碳增強體/碳復合材料及其制備方法。

背景技術

碳材料一直伴隨著人類歷史發展的進程，從零維富勒烯到一維碳納米管，再到二維石墨烯，最后到常見的三維碳材料石墨、金剛石，都有著重要的應用。從單一的碳材料到兩相甚至多相的碳/碳復合材料越來越備受關注，其應用范圍也越來越廣。然而，當今碳材料尤其是碳相組成的復合材料其發展的瓶頸是制得的產品相對致密度不是很高，合成方法大都是液相浸漬或氣相沉積法制得，生產周期較長，對生長環境要求苛刻。本發明是通過固相反應燒結來制備塊體碳增強體/碳復合材料，相比，傳統的碳/碳復合材料的制備，生產周期性較短，產品致密度相對提高，制備方法簡單，可操作性強，擴大了碳/碳復合材料的應用領域。

發明內容

為了克服現有技術的不足，攻克制備高密度高強度的碳/碳復合材料制備周期較長的難題，本發明提供了一種通過固相反應燒結得到的塊體碳增強體/碳復合材料及其制備方法。本發明是將納米金剛石粉體在溶劑中均勻分散后，將碳纖維布通過含有納米金剛石粉體的料漿容器中使之浸漬，然后將浸掛料漿的碳纖維布干燥，按所需規格剪裁，疊層在一起，在保護氣氛下施加壓力經高溫燒結后得到所述碳增強體/碳復合材料。

本發明采用的具體技術方案是：

一種塊體碳增強體/碳復合材料的制備方法，是先制得復合材料的前驅體，再經過加壓燒結轉化為塊體碳增強體/碳復合材料。

進一步的，所述前驅體：采用金剛石粉體在溶劑中均勻分散后，將表面涂有膠粘劑的碳纖維布通過含有納米金剛石粉體的料漿容器使之浸漬，然后將浸掛料漿的碳纖維布干燥制得。

進一步的，所述復合材料的前驅體的制備過程包括以下步驟：

(1)金剛石分散液的制備：分別稱取2.4～2.6g粒徑為80～100nm和0.24～0.26g粒徑為40～50nm的經改性處理的金剛石粉體，研磨混合；將研磨后的混合粉體加入50ml溶劑，超聲分散20～30min；得到穩定的金剛石分散液；

(2)塊體碳增強體/碳復合材料前驅體的制備：將表面涂有膠粘劑的碳纖維布通過配置好的金剛石分散液中使之浸漬，干燥，固化得到含有金剛石粉體的碳纖維布的預制體；

所述步驟(1)中，所述溶劑為無水乙醇。

所述步驟(2)中，所述膠粘劑為環氧樹脂膠粘劑。

進一步的，所述的燒結過程為將復合材料的前驅體疊層放置于模具中，在保護氣氛下燒結；燒結時對模具施加40～100MPa壓力；達到最高燒結溫度時，保溫2～8min，泄壓冷卻至室溫。高溫時，金剛石顆粒經相轉變為石墨相，填充在碳纖維布之間的縫隙中，得到致密的塊體碳增強體/碳復合材料。

所述模具為石墨模具。

所述保護氣氛為氬氣。

所述燒結方式為放電等離子體燒結時；升溫速率為100～150℃/min。

所述的加壓起始溫度為900℃。

本發明與現有技術相比所具有的有益效果是：