[發(fā)明專利]一種大尺寸異型碳基復合材料構(gòu)件及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710208733.8
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106946582B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李專;肖鵬;朱蘇華
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/52;C04B41/87
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 顏勇

1.一種大尺寸異型碳基復合材料構(gòu)件；其特征在于：其材質(zhì)以質(zhì)量百分比計包括下述組分：

碳纖維 20-35％；

熱解碳 35-75％

SiC 5-15％；

所述大尺寸異型碳基復合材料構(gòu)件的表層密度高于芯部密度；

所述大尺寸異型碳基復合材料構(gòu)件通過下述步驟制備：

步驟一

根據(jù)所要求的部件外形先將連續(xù)碳纖維針刺出預制坯件；所述預制坯件的密度為0.4～0.55g/cm³；采用石墨模具對預制坯件的內(nèi)外形面進行固定；得到備用坯件；

步驟二

在保護氣氛下，對步驟一所得備用坯件進行高溫熱處理；得到熱處理后的備用坯件；所述高溫熱處理的溫度為600～800℃，時間為0.5～2小時；

步驟三

將步驟二所得熱處理后的備用坯件置于沉積爐內(nèi)；采用熱梯度化學氣相滲透法對其進行各向同性熱解碳增密；熱梯度化學氣相滲透時，所用碳源氣體為碳原子數(shù)小于等于3的烴類或天然氣；所用稀釋氣體為氮氣、氫氣或其混合氣體，碳源氣體與稀釋氣體之比為1︰1～3且碳源氣體的流速為10-30L/min，時間為50～150小時，溫度為1000～1200℃；得到密度為0.8～1.0g/cm³的低密度碳纖維增強基體碳復合坯件；

步驟四

卸下石墨模具，對步驟三所得低密度碳纖維增強基體碳復合坯件進行粗加工，除去坯體表面毛刺及粘附物，找基準校正變形量；得到粗加工后的低密度碳纖維增強基體碳復合坯件；

步驟五

將步驟四所得粗加工后的低密度碳纖維增強基體碳復合坯體置于沉積爐內(nèi)，采用等溫化學氣相沉積法沉積熱解碳，直至得到密度為1.3～1.5g/cm³的碳纖維增強基體碳復合坯件；

采用等溫化學氣相沉積法沉積熱解碳時，所用碳源為碳原子數(shù)小于等于3的烴類或天然氣；所用稀釋氣體為氮氣、氫氣或其混合氣體，碳源氣體與稀釋氣體之比為1︰1～3且碳源氣體的流速為28-50L/min，沉積時間為200～300小時，沉積溫度為1100～1300℃；

步驟六

在保護氣氛下，將步驟五所得的密度為1.3～1.5g/cm³的碳纖維增強基體碳復合坯件進行石墨化處理，提高其石墨化度，得到石墨化處理后的碳纖維增強基體碳復合坯件；石墨化處理時，控制爐內(nèi)氣壓為0.1-0.2MPa、溫度為2000～2500℃，時間為4～8小時；

步驟七

將步驟六所得石墨化處理后的碳纖維增強基體碳復合坯件置于硅粉上，抽真空后，升溫至1500-1800℃進行蒸浴，直至得到密度為1.4～1.6g/cm³的復合坯件；蒸浴時，控制爐內(nèi)壓力為0.1-0.2MPa；

步驟八

將步驟七所得密度為1.4～1.6g/cm³的復合坯件；按設(shè)計圖紙進行精加工；得到成品。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸異型碳基復合材料構(gòu)件，其特征在于：步驟一中，根據(jù)所要求的部件外形先將連續(xù)碳纖維針刺出預制坯件；針刺出預制坯件的方案為：采用碳纖維無緯布或斜紋布、胎網(wǎng)按交替疊加鋪層，然后采用帶下倒鉤刺的針對疊加的無緯布或斜紋布和網(wǎng)胎進行連續(xù)針刺形成整體結(jié)構(gòu)織物；無緯布或斜紋布的鋪層方式為0°/45°/90°，針刺密度是35-45針/cm³，針刺深度為18-25mm，當針刺入時，倒鉤刺將預制體少部分平行方向的纖維帶向垂直方向。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸異型碳基復合材料構(gòu)件，其特征在于：步驟一中，按每厘米厚度，鋪設(shè)14-18層物料的方式，采用碳纖維無緯布或斜紋布、胎網(wǎng)按交替疊加鋪層。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸異型碳基復合材料構(gòu)件，其特征在于：步驟一中，所述碳纖維預制體內(nèi)外形面采用石墨模具打孔限位固定，限位墊塊3～8mm，碳纖維預制體底部與石墨用碳纖維捆綁，間距為12～18mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸異型碳基復合材料構(gòu)件，其特征在于：步驟七中，蒸浴反應(yīng)的保溫時間為10-30min。