[發明專利]一種高性能碳基連接層連接碳/碳復合材料的方法

在審

• 申請號: 201810159906.6
• 申請日: 2018-02-26
• 公開（公告）號: CN108299005A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 馮雷;何鑫;楊艷玲;侯小江;鎖國權
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C04B37/00
• 分類號: C04B37/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

一種高性能碳基連接層連接碳/碳復合材料的方法，具體將C/C復合材料預氧化處理得到表面多孔而內部完整的結構，隨后浸泡入金屬催化劑前驅體水溶液中搭載催化劑前驅體，采用注射CVD工藝在C/C復合材料表面原位生長出SiCNW，將C/C復合材料疊加在一起并用石墨夾具固定，借助CVI工藝在長有SiCNW的C/C復合材料之間沉積PyC，得到用SiCNW/PyC中間層連接的C/C復合材料，本發明的主要技術效果在于：與陶瓷基、玻璃基以及金屬基連接層相比，本發明制備的碳基連接層與C/C復合材料熱膨脹系數匹配，抗熱震性能優異且連接強度高，剪切強度可達10.5～18.1MPa。

技術領域

本發明涉及碳/碳復合材料之間連接方法技術領域，特別涉及一種高性能碳基連接層連接碳/碳復合材料的方法。

背景技術

碳/碳(C/C)復合材料兼具碳纖維增強復合材料的優異力學性能和碳素材料固有的耐高溫性能，具有其它材料無法比擬的一系列優異的性能，如低的密度、高比強度，良好的高溫力學性能保持率，優異的抗燒蝕性能，摩擦性能以及抗熱震性能，使得它作為高溫熱結構與功能一體化材料被廣泛應用于被航空、航天以及軍事等高科技領域。

C/C復合材料質脆、加工性差，需借助連接手段將不連續的C/C復合材料組合在一起，以較低的成本制備出實際所需的大尺寸、復雜形狀的C/C構件。另外，C/C復合材料制備成本高，連接技術可將廢舊C/C構件組合起來實現C/C復合材料的循環再利用。例如，連接磨損變薄的飛機剎車盤，使其形成完整的可以重新使用的剎車盤，就具有非常大的市場應用潛力。過去幾十年，SiC，Si/金屬以及其它陶瓷基、玻璃基材料已被研究作為中間連接層連接C/C復合材料，并獲得了優異的連接性能。但是這些連接材料作為異質中間層，與C/C復合材料熱膨脹系數不匹配，經高低溫環境中反復使用后，熱失配會嚴重退化C/C復合材料與連接層接頭的界面結合強度，導致連接構件的可靠性和穩定性大幅度下降。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種高性能碳基連接層連接碳/碳復合材料的方法，在C/C復合材料之間原位合成碳化硅納米線增強熱解碳(SiCNW/PyC)連接層，碳材料作為同質連接層，具有與C/C復合材料相似的化學性質和物理性質，可以有效緩解陶瓷基、玻璃基和金屬基連接層與C/C復合材料因熱膨脹系數不匹配而導致的抗熱震性能差的問題，為C/C連接件在高低溫環境中的反復使用提供途徑。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種高性能碳基連接層連接碳/碳復合材料的方法，包括以下步驟：

步驟1，預氧化處理

將C/C復合材料預氧化處理得到表面多孔而內部完整的結構，預氧化處理溫度為800～1000℃，預氧化處理時間為1～10min；

步驟2，搭載催化劑前驅體

將步驟1得到的C/C復合材料浸泡入質量分數1％～10％的催化劑前驅體水溶液中3～12h，使C/C復合材料表面搭載均勻催化劑前驅體；

步驟3，原位生長SiCNW

將步驟2得到的C/C復合材料放置于化學氣相沉積(CVD)爐中，采用注射CVD工藝在C/C復合材料表面原位生長出SiCNW；

步驟4，連接

將步驟3得到的C/C復合材料疊加在一起，用石墨夾具固定，采用化學氣相滲透(CVI)工藝在C/C復合材料之間沉積PyC，沉積工藝條件為：沉積溫度1000～1200℃，甲烷10～60L/h，氮氣100～500L/h，沉積時間50～150h，得到用SiCNW/PyC中間層連接的C/C復合材料。

所述的步驟2中的催化劑前驅體為Fe、Ni、Co或Cu的化合物的一種或幾種的混合。