[發(fā)明專利]適用于熱壓法快速制備的碳碳復(fù)合材料平板及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811595417.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN109437956A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市馭晟新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/83
• 分類號(hào): C04B35/83;C04B35/622
• 代理公司: 深圳市道勤知酷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44439
• 代理人: 何兵;饒盛添

本發(fā)明公開了一種適用于熱壓法快速制備的碳碳復(fù)合材料平板及其制備方法，包括編織碳布、制備膠體、涂膠、疊層、干燥、熱壓固化、熱壓碳化、機(jī)加工等步驟得到碳碳復(fù)合材料平板產(chǎn)品。本發(fā)明的制備方法工藝簡單、成本低廉、性能優(yōu)良，相比于其他方法，本發(fā)明能夠得到均勻性更好，平直度更佳的碳碳復(fù)合材料平板，滿足高溫?zé)峁ぱb備和其他高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對(duì)碳碳復(fù)合材料板材的需要。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，特別涉及適用于熱壓法快速制備的碳碳復(fù)合材料平板及其制備方法。

背景技術(shù)

碳/碳(C/C)復(fù)合材料以其低密度、高比強(qiáng)度、良好的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性能、低熱膨脹系數(shù)、良好的燒蝕性能，高溫下具有良好的力學(xué)性能而成為最有前景的熱結(jié)構(gòu)材料。目前，碳碳復(fù)合材料作為重要的熱場(chǎng)材料已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于高溫?zé)峁ぱb備領(lǐng)域。例如：在真空燒結(jié)爐中作為耐脂蠟腐蝕的爐襯材料；在多晶硅鑄錠爐內(nèi)作為耐硅腐蝕的蓋板材料；在真空高壓氣淬爐中作為耐沖蝕的防護(hù)材料等等。

當(dāng)前在制備碳碳復(fù)合材料方面主要有兩種方式：液相浸漬炭化法、化學(xué)氣相滲工藝(CVI)或者CVD法。其中，化學(xué)氣相滲工藝(CVI)不適用于碳/碳復(fù)合材料平板的制備，主要原因：一方面現(xiàn)有化學(xué)氣相滲工藝采用圓筒式加熱方式或圓柱式加熱方式，碳/碳復(fù)合材料坯體置于圓筒內(nèi)或圓柱周圍，在化學(xué)氣相滲過程中，平板受熱會(huì)發(fā)生翹曲變形，致使產(chǎn)品的平直度難以得到保證。另一方面由于受氣相擴(kuò)散速率和表面反應(yīng)速率的制約，化學(xué)氣相滲增密工藝周期長(約300-500h)、碳源氣利用效率低(<5％)，致使產(chǎn)品的制備成本高。

中南大學(xué)在申請(qǐng)?zhí)枮镃N200810143540.X的發(fā)明創(chuàng)造中，提出一種改進(jìn)的氣相沉積(CVD)法，但仍然需要沉積200h。盡管近年來又有熱梯度CVI、脈沖CVI、自熱CVI、快速定向擴(kuò)散CVI等工藝，這些工藝在一定程度上降低了碳碳復(fù)合材料致密化周期，降低了成本，但同時(shí)也存在制品密度均勻性差，組織結(jié)構(gòu)難以控制以及難以制備大尺寸，平板類碳碳復(fù)合材料的問題。

液相浸漬炭化法，是在真空條件下將預(yù)成型的胚體浸漬在樹脂或?yàn)r青中5-10h，然后取出固化，再碳化(樹脂/瀝青體積收縮)，重復(fù)工藝，浸漬，固化，碳化，再浸漬，固化，碳化；一般需反復(fù)4-7次才能將密度達(dá)到1.6-1.75g/cm³，這種方法工藝復(fù)雜，周期長，大大影響生產(chǎn)效率。

另外，中國專利CN101913887B公開了一種耐高溫炭纖維制品的制備方法及其制品，包括以下步驟：配置膠黏劑、炭纖維預(yù)處理、浸膠、烘干、熱壓、炭化和純化。該專利方法對(duì)生產(chǎn)原料要求更低、生產(chǎn)工藝更簡單、生產(chǎn)周期更短、生產(chǎn)成本更低。中國專利申請(qǐng)CN107522499A公開了一種C/C復(fù)合材料的制備方法，以單向鋪排帶狀瀝青纖維為基體材料，在其表面涂覆一層中間相瀝青粘結(jié)劑，經(jīng)一次熱壓成型再高溫碳化、石墨化處理，可以獲得C/C復(fù)合材料。該方法獲得的復(fù)合材料具有較低的電阻率1.5μΩ·m和較高的熱導(dǎo)率860W/m·K。這兩種方法都是先熱壓成型，再碳化，會(huì)使得整個(gè)碳碳復(fù)合材料內(nèi)部出現(xiàn)很多孔隙，導(dǎo)致密度降低，力學(xué)強(qiáng)度變差。

因此，在當(dāng)前技術(shù)環(huán)境和工藝條件下，現(xiàn)有產(chǎn)品難以滿足市場(chǎng)對(duì)于高性能、力學(xué)性能好的碳/碳復(fù)合材料板的旺盛需求，仍需一種高性能碳/碳復(fù)合材料板的工業(yè)制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種工藝方法簡單、操作方便、最終產(chǎn)品的平直度高、力學(xué)性能好、工藝周期短，成本較低的碳/碳復(fù)合材料平板的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：