[發(fā)明專利]一種碳基貫穿型碳陶復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910049133.0
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109650891B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯玉杰;程諾
• 申請（專利權(quán)）人: 成都中超碳素科技有限公司
• 主分類號: C04B35/52
• 分類號: C04B35/52;C04B35/622
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王學強

本發(fā)明公開了一種碳基貫穿型碳陶復(fù)合材料，該復(fù)合材料由生焦和陶瓷混合燒結(jié)而成；陶瓷分布于碳基材料內(nèi)部碳橋氣孔中形成網(wǎng)絡(luò)貫穿結(jié)構(gòu)的碳陶復(fù)合材料。具體制備方法步驟如下：S1、將碳材料粉末與陶瓷粉末混合后成型制成柱狀材料；S2、將柱狀材料置于真空爐中，升溫至650?750℃恒溫燒結(jié)2h，然后升溫至2100℃恒溫燒結(jié)4h后，自然冷卻，得到碳基貫穿型碳陶復(fù)合材料。本發(fā)明的碳陶復(fù)合材料除具有碳材料的特點外還具有陶瓷材料的特點，材料的機械強度高、自潤滑性、耐腐蝕性，耐高溫性良好，耐磨性好，產(chǎn)品的使用周期長，也可通過前期備料，縮短產(chǎn)品的加工周期，實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新型復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳基貫穿型碳陶復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

碳-石墨材料由于其自身良好的自潤滑性、化學穩(wěn)定性、耐高溫等特性，廣泛的應(yīng)用在石油、化工、機械、冶金、航空、航天、核電等行業(yè)，但由于碳石墨材料屬于脆性材料，其本身的固有強度并不高，因而使用范圍受到了很多限制，為了提高其機械強度，通常會通過與陶瓷等復(fù)合來增強。

目前，傳統(tǒng)的碳-陶復(fù)合工藝主要包括：氣相反應(yīng)、氣相沉積。一般是把經(jīng)過特殊處理的，并完整加工好的碳石墨零件，通過氣相反應(yīng)或氣相沉積，在其表面生成一層碳陶復(fù)合材料，而表面層仍有10-15％未反應(yīng)石墨。因此這類產(chǎn)品既有極高的表面硬度又有好的自潤滑性和突出的耐腐蝕性。

但由于碳石墨表面生成的碳陶復(fù)合層厚度較薄，被復(fù)合材料內(nèi)部組織沒有發(fā)生變化，因為工藝要求，被復(fù)合的碳材料的氣孔率一般10％以上，這種表面復(fù)合工藝，是無法有效地降低材料內(nèi)部氣孔率，使其無法從根本上提升材料的機械強度，甚至使用一段時間后，碳陶復(fù)合層磨損后，產(chǎn)品的表面硬度及抗氧化性能失效，產(chǎn)品的使用周期短，且無法提前備料，加工周期長，生產(chǎn)過程中環(huán)境污染嚴重，生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新型的碳基貫穿型碳陶復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明提供的碳基貫穿型碳陶復(fù)合材料是一種由陶瓷材料分布于碳基材料內(nèi)部碳橋氣孔中形成網(wǎng)絡(luò)貫穿結(jié)構(gòu)的碳陶復(fù)合材料。該復(fù)合材料由生焦和陶瓷混合燒結(jié)而成。所述陶瓷材料中二氧化硅含量95％以上。復(fù)合材料中陶瓷的質(zhì)量百分含量為5～15％。

上述碳基貫穿型碳陶復(fù)合材料的制備方法，主要是由原料生焦和陶瓷混合成型后置于真空爐中燒結(jié)而成。具體包括如下步驟：

S1、將碳材料粉末與陶瓷粉末混合后采用冷等靜壓成型方法制成柱狀材料；其中，碳材料是粒度1000-1200目的生焦，陶瓷是單一組分的二氧化硅材料，粒度600-800目，陶瓷含量為為5～15％。

S2、將柱狀材料置于真空爐中，升溫至650-750℃恒溫燒結(jié)2h，然后升溫至2100℃恒溫燒結(jié)4h后，自然冷卻，得到碳基貫穿型碳陶復(fù)合材料。

優(yōu)選的是，所述步驟S2中，依次在650-750℃范圍內(nèi)恒溫燒結(jié)2h，900-1000℃范圍內(nèi)恒溫燒結(jié)3h，1600-1700℃范圍內(nèi)恒溫燒結(jié)4h，2100℃恒溫燒結(jié)4h，冷卻后，得到碳基貫穿型碳陶復(fù)合材料。

進一步優(yōu)選的是，所述步驟S2中，依次在700℃恒溫燒結(jié)2h，950℃恒溫燒結(jié)3h，1700℃恒溫燒結(jié)4h，2100℃恒溫燒結(jié)4h，冷卻后，得到碳基貫穿型碳陶復(fù)合材料。

通過恒溫一定時間使得柱狀材料的內(nèi)外溫度一致。700℃時恒溫2h使得材料的內(nèi)部氣孔打開；950℃時恒溫3h使內(nèi)部陶瓷充分軟化；1700℃恒溫4h使粘結(jié)劑碳化，收縮，碳原子從新排列，里面的陶瓷充分流動；2100℃恒溫燒結(jié)4h才能保證材料的最終性能，里面的粘結(jié)劑才完全碳化，收縮，碳原子從新排列，里面的陶瓷也才能充分的流動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：