[發(fā)明專利]一種纏繞成型高強高純炭/炭復(fù)合材料回轉(zhuǎn)體的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010734429.9
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111875401B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）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(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發(fā)明公開了一種纏繞成型高強高純炭/炭復(fù)合材料回轉(zhuǎn)體的制備方法，該方法包括：一、制備芯模；二、使連續(xù)炭纖維干紗在芯模表面纏繞成型得干紗預(yù)制件；三、將干紗預(yù)制件進行化學(xué)氣相沉積增密形成沉積件；四、重復(fù)干紗纏繞工藝和化學(xué)氣相沉積增密工藝形成炭/炭增密件；五、炭/炭增密件經(jīng)高溫處理得到高溫處理件；六、在脫模后的高溫處理件表面制備熱解炭或碳化硅涂層得到炭/炭復(fù)合材料回轉(zhuǎn)體。本發(fā)明采用分次纏繞成型?化學(xué)氣相滲透增密的方式，縮短了化學(xué)氣相滲透增密的氣體擴散路徑，從而避免了沉積體表面密度增長速度大于內(nèi)部的現(xiàn)象，提升了炭/炭復(fù)合材料回轉(zhuǎn)體層間界面結(jié)合強度，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量純度，應(yīng)用于光伏、半導(dǎo)體等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種纏繞成型高強高純炭/炭復(fù)合材料回轉(zhuǎn)體的制備方法。

背景技術(shù)

應(yīng)用纏繞成型技術(shù)制備炭/炭復(fù)合材料產(chǎn)品，能保持纖維連續(xù)鋪設(shè)的質(zhì)量，有利于提高產(chǎn)品的環(huán)向拉伸性能。但是，炭/炭復(fù)合材料纏繞成型時，往往需要在纏繞及增密過程中引入樹脂，一方面熱解過程產(chǎn)生的樹脂炭與炭纖維結(jié)合較弱，因此層間結(jié)合強度較弱，在制備及應(yīng)用過程中容易產(chǎn)生分層、鼓包、掉紗等缺陷，另一方面樹脂中含有較多非碳元素，使材料產(chǎn)品難以實現(xiàn)高純度，因此極大地削弱了纏繞成型炭/炭復(fù)合材料的性能并限制了應(yīng)用范圍。

文獻1【專利CN201510103863.6】涉及一種高強度輕質(zhì)碳/碳復(fù)合材料的制備方法，通過對纖維的預(yù)處理和對樹脂的混合改性，應(yīng)用纏繞/卷繞成型工藝所獲得的高強度輕質(zhì)碳/碳復(fù)合材料拉伸強度達到800MPa以上，熱導(dǎo)率為500-530W/(m·K)，熱擴散率為4.4cm²/s。文獻2【專利CN201810066865.6】公開了一種纏繞工藝制備碳/碳筒體的方法，制備過程為：按照筒體的尺寸規(guī)格，利用石墨材料設(shè)計與制作成型模具；根據(jù)筒體的使用功能要求，分別設(shè)計密封類筒體和結(jié)構(gòu)類筒體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；利用纏繞機進行纏繞成型；固化處理；碳化處理；化學(xué)氣相沉積(化學(xué)氣相滲透)致密化處理；高溫處理；機加工成型。上述方法應(yīng)用纏繞成型技術(shù)制備高強炭/炭復(fù)合材料，主要通過對樹脂的預(yù)處理和/或提高材料密度以實現(xiàn)高強，工藝復(fù)雜，制備周期較長，且由于引入樹脂，難以實現(xiàn)高純度。同時目前并沒有完整的采用單一化學(xué)氣相沉積方法實現(xiàn)纏繞成型碳/碳復(fù)合材料制備的相關(guān)研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種纏繞成型高強高純炭/炭復(fù)合材料回轉(zhuǎn)體的制備方法。該方法采用分次纏繞成型-化學(xué)氣相滲透增密的方式，縮短了化學(xué)氣相滲透增密的氣體擴散路徑，從而避免了沉積體表面密度增長速度大于內(nèi)部密度增長速度的現(xiàn)象，提高了化學(xué)氣相滲透增密速率，提升了炭/炭復(fù)合材料回轉(zhuǎn)體層間界面結(jié)合強度，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量純度，可作為坩堝等熱場結(jié)構(gòu)產(chǎn)品應(yīng)用于光伏、半導(dǎo)體等領(lǐng)域。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種纏繞成型高強高純炭/炭復(fù)合材料回轉(zhuǎn)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(zhǔn)備：以耐高溫材質(zhì)為加工原料制備芯模；所述芯模的外表面結(jié)構(gòu)和尺寸均與目標(biāo)產(chǎn)物炭/炭復(fù)合材料回轉(zhuǎn)體的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)和尺寸相似；

步驟二、干紗纏繞：采用纏繞機使連續(xù)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(diào)節(jié)纏繞機中轉(zhuǎn)動電機的轉(zhuǎn)速來控制芯模的旋轉(zhuǎn)速度，通過調(diào)節(jié)繞絲嘴移動速度和芯模旋轉(zhuǎn)速度來控制連續(xù)炭纖維干紗的纏繞角度，再根據(jù)調(diào)節(jié)后的芯模旋轉(zhuǎn)速度與連續(xù)炭纖維干紗的纏繞角度，使得連續(xù)炭纖維干紗按照預(yù)設(shè)線型在芯模表面進行纏繞至單次纏繞預(yù)設(shè)厚度，形成干紗預(yù)制件；

步驟三、化學(xué)氣相沉積增密：將步驟二中形成的干紗預(yù)制件連同芯模一起進行化學(xué)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(xué)氣相沉積增密工藝進行重復(fù)，形成炭/炭增密件；