[發明專利]一種高導熱高強度碳基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711195003.5
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107915494B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 馮志海;樊楨;余立瓊;李興超;李煒
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622;B32B7/12;B32B9/00;B32B9/04;B32B33/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發明提供一種高導熱高強度碳基復合材料及其制備方法，屬于碳材料制造技術領域。所述高導熱高強度碳基復合材料，包括層疊的至少兩層碳/碳復合材料板，且相鄰兩層所述碳/碳復合材料板之間通過硅粘結劑粘接。本發明提供的高導熱高強度碳基復合材料熱導率大于450W/mK、拉伸強度和壓縮強度大于250MPa、彎曲強度大于200MPa。與當前空間飛行器熱控系統散熱面板用鋁合金材料相比，該材料的力學性能相當，但質量更輕，熱導率更是遠超鋁合金。因而有望在空間飛行器熱控制、電子器件熱管理等領域得到廣泛應用。

技術領域

本發明涉及一種高導熱高強度碳基復合材料的制備方法，屬于碳材料制造技術領域。

背景技術

隨著科學技術的迅猛發展，熱耗散和熱管理成為航天科技深空探測領域發展的關鍵技術。空間飛行器的許多電子部件需要在40～60℃的環境溫度下正常工作,隨著電子科技的發展，飛行器電子設備日趨小型化、輕質化、結構更為緊湊，運行過程中會產生和積累大量的熱量，對作為熱控重要組成部分的散熱材料也提出了越來越高的要求。散熱材料是空間飛行器熱控系統所采用的一種重要材料，是實現儀器及艙內溫度有效調控的關鍵，要求材料不光具有極高的熱效率(熱導率)，還要滿足發射時的過載及工作時的承載要求，同時還必須盡可能的減少本身重量，提高飛行器的有效載荷。因此，散熱材料需集高導熱、高強度、輕質等特性于一身才能滿足要求。

現有空間飛行器的熱輻射器和擴熱板等多采用鋁蒙皮、碳纖維增強樹脂基復合材料等作為散熱材料。而鋁蒙皮的最大熱導率約為237W/m·K，樹脂基復合材料的最大熱導率約290W/m·K，兩者的散熱能力均難以滿足新型航天飛行器的高效散熱需求，且存在剛度低、熱變形大等問題。高導熱碳/碳復合材料具有低密度、高導熱、近零膨脹、高強高模等優異性能，是目前理想的航天飛行器用高導熱結構材料。但由于高導熱碳/碳復合材料制備過程中需經過超高溫石墨化處理，來促進材料內部碳原子向有序石墨結構的轉變，從而提高材料整體的熱導率。這一過程會導致材料力學性能尤其是層間結合強度和抗彎強度的顯著下降(層剪強度通常小于10MPa，抗彎強度小于150MPa)，影響高導熱碳/碳復合材料的實際應用性能。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種高導熱高強度碳基復合材料及其制備方法，解決高導熱碳/碳復合材料由于整體石墨化度較高所導致的材料層間結合較弱、抗彎性能不足的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種高導熱高強度碳基復合材料，包括層疊的至少兩層碳/碳復合材料板，且相鄰兩層所述碳/碳復合材料板之間通過硅粘結劑粘接。

在一可選實施例中，所述碳/碳復合材料板的增強體的導熱率大于600W/m·K。

在一可選實施例中，所述的碳/碳復合材料板的密度不小于2.0g/cm³。

在一可選實施例中，所述碳/碳復合材料板的厚度為0.1-1mm。

一種高導熱高強度碳基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、以碳纖維布為增強體，采用氣相或液相碳前驅體對所述增強體進行致密化處理，得到致密碳/碳復合材料過程件；

步驟2、對所述致密復合材料過程件進行石墨化處理，得到碳/碳復合材料板；

步驟3、采用硅粘結劑對至少兩層所述碳/碳復合材料板進行疊層粘接，得到高導熱高強度碳基復合材料。

在一可選實施例中，步驟1中所述的碳纖維布的室溫熱導率大于600W/m·K。

在一可選實施例中，步驟1中對所述增強體進行致密化處理的方法包括：化學氣相沉積法、化學氣相滲透法、液相前驅體浸漬裂解法、熱壓成型法中的一種或一種以上的任意組合。