[發明專利]一種纏繞成型高強高純炭/炭復合材料回轉體的制備方法

有效

• 申請號: 202010734429.9
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111875401B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 趙松;程皓;寧星華;張靈玉;黨瑞萍;彭志剛;張永輝;代麗娜;王旭鵬;姚成君
• 申請（專利權）人: 西安超碼科技有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/52;C04B35/622
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬小燕

1.一種纏繞成型高強高純炭/炭復合材料回轉體的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、芯模準備：以耐高溫材質為加工原料制備芯模；所述芯模的外表面結構和尺寸均與目標產物炭/炭復合材料回轉體的內表面結構和尺寸相似；

步驟二、干紗纏繞：采用纏繞機使連續炭纖維干紗在步驟一中制得的芯模表面進行纏繞成型；所述纏繞成型的具體過程為：將芯模安裝在纏繞機上并在芯模表面鋪放脫模層，然后啟動纏繞機，通過調節纏繞機中轉動電機的轉速來控制芯模的旋轉速度，通過調節繞絲嘴移動速度和芯模旋轉速度來控制連續炭纖維干紗的纏繞角度，再根據調節后的芯模旋轉速度與連續炭纖維干紗的纏繞角度，使得連續炭纖維干紗按照預設線型在芯模表面進行纏繞至單次纏繞預設厚度，形成干紗預制件；

步驟三、化學氣相沉積增密：將步驟二中形成的干紗預制件連同芯模一起進行化學氣相沉積增密處理，形成沉積件；

步驟四、炭/炭增密件制備：將步驟三中形成的沉積件的外表面清理后連同芯模安裝在纏繞機上，然后依次按照步驟二中的干紗纏繞工藝和步驟三中的化學氣相沉積增密工藝進行重復，形成炭/炭增密件；

步驟五、高溫處理：對步驟四中形成的炭/炭增密件進行高溫處理，得到高溫處理件；

步驟六、表面處理：將步驟五中得到的高溫處理件脫模并進行內外表面打磨清理，然后采用化學氣相沉積工藝在經打磨清理后的內外表面上制備熱解炭或碳化硅涂層，得到炭/炭復合材料回轉體；所述炭/炭復合材料回轉體的密度為1.40g/cm³～1.50g/cm³，灰分含量為300ppm～500ppm，層間結合強度為15MPa～25MPa，環向拉伸強度為120MPa～180MPa。

2.根據權利要求1所述的一種纏繞成型高強高純炭/炭復合材料回轉體的制備方法，其特征在于，步驟一中所述耐高溫材質為石墨。

3.根據權利要求1所述的一種纏繞成型高強高純炭/炭復合材料回轉體的制備方法，其特征在于，步驟二中所述脫模層為石墨紙，石墨紙的單層鋪放厚度為1mm～10mm。

4.根據權利要求1所述的一種纏繞成型高強高純炭/炭復合材料回轉體的制備方法，其特征在于，步驟二中所述鋪放脫模層后的芯模外徑比步驟六中得到的炭/炭復合材料回轉體的內徑小0.4mm～3mm。

5.根據權利要求1所述的一種纏繞成型高強高純炭/炭復合材料回轉體的制備方法，其特征在于，步驟二中所述預設線型采用的纏繞方式為環向纏繞、縱向纏繞或環/縱交替纏繞。

6.根據權利要求1所述的一種纏繞成型高強高純炭/炭復合材料回轉體的制備方法，其特征在于，步驟二中所述單次纏繞預設厚度為1.0mm～4.0mm。

7.根據權利要求1所述的一種纏繞成型高強高純炭/炭復合材料回轉體的制備方法，其特征在于，步驟三中所述化學氣相沉積增密處理的過程為：在900℃～1300℃的溫度下保溫2h后通入前驅體氣體并保持60h～180h，所述前驅體氣體為乙炔或天然氣，前驅體氣體的通入流量為0.5L/min～1.5L/min，通入壓力為1000Pa～3000Pa。

8.根據權利要求1所述的一種纏繞成型高強高純炭/炭復合材料回轉體的制備方法，其特征在于，步驟五中所述高溫處理的過程為：在真空或惰性氣體保護條件下，在24h～48h內升溫至1400℃～2600℃并保溫2h～6h。

9.根據權利要求1所述的一種纏繞成型高強高純炭/炭復合材料回轉體的制備方法，其特征在于，步驟六中所述化學氣相沉積工藝的過程為：在950℃～1450℃的溫度下保溫2h～6h后通入前驅體氣體進行化學氣相沉積10h～50h，所述前驅體氣體為乙炔、天然氣或一甲基三氯硅烷，前驅體氣體的通入流量為0.5L/min～1.5L/min，沉積壓力為1000Pa～3000Pa。