[發(fā)明專利]一種準各向同性高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010612639.0
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111648128B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃東;葉崇;劉金水;伍孝;葉高明;吳晃;余洋
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南東映碳材料科技有限公司
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74;D01F9/15;D01F9/155;D04H1/4242;D04H1/498;D06C7/04;D04H1/593;G21B1/05;D06M101/40
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11732
• 代理人: 王燦

本發(fā)明涉及核聚變用壁壘材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種準各向同性高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料及其制備方法。該方法將瀝青纖維成網(wǎng)后依次進行預(yù)氧化處理和碳化處理，得到碳纖維無紡布；在碳纖維無紡布上涂覆碳量子點改性溶液，并進行干燥處理，再經(jīng)疊層針刺后得到改性碳纖維無紡布；對改性碳纖維無紡布順次進行化學(xué)結(jié)合、氣相滲透、前驅(qū)體浸漬熱解增密、碳化處理和石墨化處理，即得準各向同性高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料。該法制備的準各向同性高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料不僅具有較好的界面結(jié)合狀態(tài)，而且明顯改善了復(fù)合材料的各向異性特征，具有較好的強度和導(dǎo)熱性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核聚變用壁壘材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種準各向同性高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

低雜波電流驅(qū)動是目前國際上實現(xiàn)托卡馬克穩(wěn)態(tài)運行的主要手段，低雜波天線采用相控多結(jié)波導(dǎo)陣形式。多結(jié)波導(dǎo)陣天線由20個主波導(dǎo)單元組成，每個主波導(dǎo)又被一個一分八的功分器分成8個有源子波導(dǎo)，相鄰的兩個主波導(dǎo)單元間插入一個無源子波導(dǎo)，為了保護天線端口免受等離子體電流灼燒和高能粒子轟擊，在天線端口處要設(shè)置保護限制器。新一代的限制器壁壘材料將采用高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料取代傳統(tǒng)石墨材料，優(yōu)化壁壘材料的抗濺射能力和導(dǎo)熱能力。

目前的高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料體系通常各向異性度大，在和銅焊接時既要考慮焊接面的纖維和熱解碳分布，又要考慮導(dǎo)熱的方向性，設(shè)計和制造均和傳統(tǒng)的三維C/C復(fù)合材料存在差異。與此同時，高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料，由高導(dǎo)熱中間相瀝青基碳纖維和基體炭組成，是一個多元材料體系。由于高導(dǎo)熱中間相瀝青基碳纖維的模量遠高于PAN基碳纖維，通常在800GPa以上，編織工藝性能差，預(yù)制體成型時極容易出現(xiàn)纖維損傷而導(dǎo)致最終復(fù)合材料的力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能明顯降低。最后，中間相瀝青基碳纖維表面惰性大，與熱解碳、瀝青碳等基體的界面狀態(tài)與傳統(tǒng)的PAN基碳纖維存在差別，需要進行特殊的結(jié)構(gòu)調(diào)控和獲得良好結(jié)合狀態(tài)的界面結(jié)構(gòu)特征。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種準各向同性高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料及其制備方法，該方法制備的準各向同性高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料不僅具有較好的界面結(jié)合狀態(tài)，而且明顯改善了復(fù)合材料的各向異性特征。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種準各向同性高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將瀝青纖維成網(wǎng)后依次進行預(yù)氧化處理和碳化處理，得到碳纖維無紡布；

2)在碳纖維無紡布上涂覆碳量子點改性溶液，并進行干燥處理，再經(jīng)疊層針刺后得到改性碳纖維無紡布；

3)對改性碳纖維無紡布順次進行化學(xué)結(jié)合、氣相滲透、前驅(qū)體浸漬熱解增密、碳化處理和石墨化處理，即得準各向同性高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料。

作為優(yōu)選，步驟1)中所述預(yù)氧化處理的條件是以0.5～1.5℃/min的升溫速率升溫至260～300℃。

作為優(yōu)選，步驟1)中所述碳化處理在保護氣體下進行，溫度為600～1000℃，時間為10～60min，碳纖維無紡布面密度為10～40g/m²。

作為優(yōu)選，步驟2)中所述碳量子點改性溶液通過葡萄糖水溶液進行水熱反應(yīng)配置，葡萄糖水溶液的濃度為0.8～1.6g/L，所述水熱反應(yīng)的溫度為160～200℃，時間為12～36h。

作為優(yōu)選，步驟2)中所述涂覆的涂覆量為0.8～1.2L/m²，所述干燥處理的溫度為80～100℃，時間為1～5h。

作為優(yōu)選，步驟3)中所述化學(xué)結(jié)合在保護氣體下進行，氣壓為正壓條件，溫度為400～500℃，時間為1～2h；所述氣相滲透的氣壓為1～3kPa，溫度為800～1050℃，時間為100～500h。