[發(fā)明專利]碳陶復(fù)合材料的制備方法和應(yīng)用及制備用針刺機構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911302444.X
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN110981517B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖寄喬;鄧華峰;李丙菊;石磊;李軍;王冰泉;彭信輝;劉學(xué)文;王躍軍;龔玉良
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南金博碳素股份有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/622;C04B35/565;C04B35/626;C04B35/584;C04B35/66;D04H18/02;B28B23/02;B28B13/02;B28B11/24
• 代理公司: 益陽市銀城專利事務(wù)所(普通合伙) 43107
• 代理人: 陳禧

本發(fā)明公開了一種制備成本低、制備周期短的碳陶復(fù)合材料的制備方法，它包括以下步驟：⑴制備陶瓷漿料；⑵制備碳陶預(yù)制體濕坯；⑶制備碳陶預(yù)制體干坯；⑷氣相沉積；所述針刺機構(gòu)在針座上布置有注射針、針刺針；在對碳/碳預(yù)制體針刺時，由針刺針形成Z軸方向纖維，同時，由注射針將陶瓷漿料注入碳/碳預(yù)制體；本發(fā)明實現(xiàn)了在室溫下通過物理方式將陶瓷粉體引入到碳纖維預(yù)制體中，經(jīng)氣相沉積后制備得碳陶復(fù)合材料，具有工藝簡單，生產(chǎn)周期短，制備成本低等特點；同時，針刺過程中，不對針刺針產(chǎn)生過大磨損，不影響碳/碳坯體本身的纖維含量；制備的碳陶復(fù)合材料開氣孔率為1﹪～5﹪，密度為1.9g/㎝supgt;3/supgt;～2.3g/㎝supgt;3/supgt;，抗彎強度為300MPa～480MPa。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳陶復(fù)合材料制備，具體地說是一種碳陶復(fù)合材料的制備方法和應(yīng)用及制備用針刺機構(gòu)，特別是涉及一種制備成本低、制備周期短的碳陶復(fù)合材料的制備方法和應(yīng)用及制備用針刺機構(gòu)。

背景技術(shù)

20世紀(jì)80年代至今，碳陶復(fù)合材料的制備較成熟的技術(shù)有三種：化學(xué)氣相滲透法（CVI）、先驅(qū)體浸漬裂解法（LPI）、反應(yīng)熔滲法（RMI）。文獻(xiàn)“反應(yīng)熔滲法制備C/C—SiC復(fù)合材料及其影響因素的研究進(jìn)展[J]”（王林山，熊翔，肖鵬，等．粉末冶金技術(shù).?2003，21(1)：37～41）詳細(xì)報道了三種方法的優(yōu)缺點。

化學(xué)氣相滲透（CVI）是在預(yù)制體的炭纖維表面先沉積一層熱解炭，然后再沉積SiC或者同時沉積熱解炭和SiC以制備碳陶復(fù)合材料。該方法制備的碳陶復(fù)合材料具有優(yōu)異的物理性能，但制備周期長，生產(chǎn)成本高，且材料無法完全致密（開氣孔率10﹪～15﹪）。

先驅(qū)體浸漬裂解法（LPI）是以聚碳硅烷、聚硅烷為陶瓷先驅(qū)體，常壓下通過真空和加壓的方式引入到碳纖維預(yù)制體或者低密度的碳/碳坯體中，然后高溫裂解得到碳陶復(fù)合材料。該方法制備碳陶材料需要多次循環(huán)浸漬裂解，導(dǎo)致制備周期長，且材料也難以完全致密（開氣孔率10﹪～15﹪），生產(chǎn)成本高。

反應(yīng)熔滲法（RMI）是20世紀(jì)80年代德國Firzer?首先用液Si浸滲C／C?多孔體制備的碳陶復(fù)合材料。該方法制備的碳陶復(fù)合材料成型周期短，致密化速度快（開氣孔率2﹪～5﹪）。但復(fù)合材料的力學(xué)性能差。

具體區(qū)別見下表：

以上三種方法碳化硅的引入都是通過化學(xué)方式引入，需經(jīng)過高溫處理,提高了生產(chǎn)成本，且對碳纖維的力學(xué)性能造成損害。

為此，文獻(xiàn)1：中國專利CN?107935614?A公開了一種在碳纖維表面包覆粘結(jié)漿料得到預(yù)處理碳纖維，對所述預(yù)處理碳纖維進(jìn)行編織得到網(wǎng)狀的預(yù)處理碳纖維預(yù)制體，將所述陶瓷粉體填充在所述網(wǎng)狀的預(yù)處理碳纖維預(yù)制體的空隙中，形成碳陶復(fù)合材料預(yù)制體，燒結(jié)所述碳陶復(fù)合材料預(yù)制體得到碳陶復(fù)合材料。該方法由于需要對碳纖維進(jìn)行包覆粘結(jié)漿料預(yù)處理，對粘結(jié)漿料有很高的要求，大大提高了編織等工作的操作復(fù)雜性。文獻(xiàn)1雖然將碳纖維用漿料包覆能提高纖維和基體的結(jié)合強度，但由于樹脂的殘?zhí)悸手挥?0﹪左右，所以高溫裂解后會使碳陶基體產(chǎn)生40﹪孔隙難以致密，導(dǎo)致基材密度不高，力學(xué)性能差。同時，采用3D打印方式成型只能制備2D復(fù)合材料，所制備的材料抗剪切性能不好。

文獻(xiàn)2：中國專利CN?106220213?A公開了一種將陶瓷漿料通過注漿方式注入碳纖維預(yù)制體，然后重結(jié)晶燒結(jié)制備得碳陶復(fù)合材料。該方法操作簡單，但是，在加壓將陶瓷漿料注入碳纖維預(yù)制體中，由于陶瓷粉體逐層堆積致密，嚴(yán)重影響了碳纖維預(yù)制體內(nèi)部陶瓷粉體含量的均勻性，且對陶瓷粉體的引入量受到限制。所得碳陶復(fù)合材料由于陶瓷粉體均勻性差異，以及陶瓷粉體的反向堆積導(dǎo)致基體內(nèi)部后期難以致密，從而所制備復(fù)合材料力學(xué)性能差，所得材料的抗彎強度為100MPa～170MPa。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種制備成本低、制備周期短的碳陶復(fù)合材料的制備方法和應(yīng)用及制備用針刺機構(gòu)。