[發明專利]一種碳纖維材料的制備工藝

在審

• 申請號: 201811062887.1
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN109232009A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 黃偉忠;陳璟;趙紀剛
• 申請（專利權）人: 江蘇奧派交通裝備股份有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622
• 代理公司: 北京權智天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11638
• 代理人: 王新愛

本發明公開了一種碳纖維材料的制備工藝，本發明由骨架和填充物構成；骨架包括碳纖維和石英纖維；填充物包括氧化鋁、氮化硅和碳化硼；碳纖維材料是以碳纖維和石英纖維預制體為骨架，骨架的空隙間填充氧化鋁、氮化硅和碳化硼構成的填充物，通過預制的骨架大大減輕了材料的重量，將預制的骨架與氧化鋁、氮化硅和碳化硼混合填充物進行共混，從而改善了力學的性能，提高了抗熱抗沖擊力的性能，使碳纖維材料可以適用于傳統材料無法工作的特殊工作環境，性能更佳。

技術領域

本發明屬于碳纖維相關技術領域，具體涉及一種碳纖維材料的制備工藝。

背景技術

碳纖維(carbon fiber，簡稱CF)，是一種含碳量在95％以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內剛”，質量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。碳纖維具有許多優良性能，碳纖維的軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等。現有的碳纖維材料存在著一些不足之處，其在抗熱抗力沖擊方面的性能無法滿足一些特定的工作條件，需要進行一定程度的改進提升。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種碳纖維材料的制備工藝，將預制的骨架與氧化鋁、氮化硅和碳化硼混合填充物進行共混，從而改善了力學的性能，提高了抗熱抗沖擊力的性能，使碳纖維材料可以適用于傳統材料無法工作的特殊工作環境，性能更佳。

本發明的目的是這樣實現的：

一種碳纖維材料的制備工藝，包括骨架和填充物；骨架包括碳纖維和石英纖維；填充物包括氧化鋁、氮化硅和碳化硼；碳纖維材料是以碳纖維和石英纖維預制體為骨架，骨架的空隙間填充氧化鋁、氮化硅和碳化硼構成的填充物；以質量百分比計，各組分含量為：碳纖維25～60％，石英纖維10～20％，氧化鋁10～20％，氮化硅10～20％，碳化硼10～20％。

優選的，所述碳纖維和石英纖維預制體構成的骨架為三維狀，且包括針刺或細編穿刺。

優選的，所述碳纖維表面還包括1.8～2.2μm的基體碳。

優選的，所述碳纖維性能等級為T800。

優選的，所述氧化鋁、氮化硅和碳化硼的顆粒平均內徑均為0.8～2.1μm。

優選的，所述制備步驟：

步驟一、骨架加工：將碳纖維和石英纖維通過針刺或細編穿刺的加工得到預制體骨架；制作過程需要進行沉炭處理：將骨架在800～1000度高溫這種加熱30～40分鐘，即可得到表面覆蓋基體炭的預制體骨架；

步驟二、填充物填充：將氧化鋁、氮化硅和碳化硼倒入4～10倍重量的無水乙醇中，通過球磨處理4～6小時，最后通過除去無水乙醇，將其混合物進行烘干處理，即得混合陶瓷粉體，從而得出填充物；使用的球磨機轉速為700轉/分鐘。

步驟三、混合：將步驟步驟一、的預制體骨架與步驟步驟二、的混合陶瓷粉體填充物混合均勻填充，通過混料機進行混合，并在真空爐中高溫燒結，即得輕質碳纖維復合材料；其中，燒結溫度為1800～2200℃，燒結時間為3～4小時。

與現有技術相比，本發明提供了一種碳纖維材料的制備工藝，具備以下有益效果：