[發(fā)明專利]一種高導熱C/C-SiC復合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010891600.7
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112110742B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設計）人: 黃東;葉崇;劉金水;劉玲;樊楨;朱世鵬;張鵬
• 申請（專利權）人: 湖南東映碳材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 安化縣梅山專利事務所 43005
• 代理人: 李琦

本發(fā)明提供了一種高導熱C/C?SiC復合材料的制備方法，包括以下步驟：采用兩級碳化法將中間相瀝青碳纖維碳化后編織成碳布，采用細編穿刺法，采用PAN基碳纖維在Z向上對碳布進行穿刺，得到三維預制體；將所述三維預制體石墨化處理后，采用熱解碳法對所述三維預制體進行增密后，再對所述三維預制體進行石墨化后，采用化學氣相反應法對三維預制體進行增密，即得所述三維高導熱C/C?SiC復合材料。

技術領域

本發(fā)明屬于結構功能一體化復合材料技術領域。具體涉及一種高導熱、抗氧化的C/C-SiC復合材料的制備方法。

背景技術

高導熱C/C復合材料是由中間相瀝青基碳纖維作為增強體制備而成，與聚丙烯腈基碳纖維制備的傳統(tǒng)C/C復合材料相比，除了具備優(yōu)異高溫力學性能和輕質高強等特性之外，還具有良好的導熱性能，是一種結構功能一體化的新型復合材料，可廣泛應用于航空航天領域、核能工業(yè)及一些民用工業(yè)領域。目前高導熱C/C復合材料應用環(huán)境多為高溫環(huán)境和有氧環(huán)境，受炭材料本身抗氧化性能差的限制，需要對其進行涂層防護或改性處理。利用SiC改性C/C復合材料是傳統(tǒng)聚丙烯腈基C/C-SiC復合材料的主要熱防護手段之一；與之相比，高導熱C/C-SiC復合材料的制備需要特殊的結構設計和制備過程，主要表面在以下幾個方面：首先高導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，預制體成型時極容易出現(xiàn)纖維損傷而導致最終復合材料的力學性能和導熱性能明顯降低。同時，由于高導熱C/C-SiC復合材料中熱解炭的結構和傳統(tǒng)的C/C-SiC復合材料不同，熱解炭/SiC陶瓷相的界面晚出現(xiàn)熱不匹配現(xiàn)象。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種高導熱、抗氧化的C/C-SiC復合材料的制備方法。

本發(fā)明提供了一種高導熱、抗氧化的C/C-SiC復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)對中間相瀝青碳纖維進行一級碳化得到碳纖維I，然后將所述碳纖維I二級炭化得到碳纖維II，將碳纖維II編織成碳布后，采用細編穿刺法，采用PAN基碳纖維在Z向上對碳布進行穿刺，得到三維預制體；

(2)將所述三維預制體進行一級石墨化處理后，采用熱解碳法對所述三維預制體進行增密后，得到多孔C/C復合材料骨架I，

(3)對所述多孔C/C復合材料骨架I進行二級石墨化后得到多孔C/C復合材料骨架II，采用化學氣相反應法對多孔C/C復合材料骨架II進行增密，即得所述高導熱C/C-SiC復合材料。

所述一級碳化的溫度為500～700℃。

所述碳纖維I的模量為8～50GPa。

所述碳纖維I的強度為0.30～0.45GPa。

所述二級碳化的溫度為1000～1800℃。

所述碳纖維II的模量為100～300GPa。

所述碳纖維II的強度為1～2GPa。

所述碳布包括緞紋布。

所述緞紋布包括三，五或八枚緞紋布中的一種。

所述PAN基碳纖維選自T700，T800或M40J中的一種。

所述三維預制體的Z方向上，PAN基碳纖維的含量為6～8vol％。

所述三維預制體的X方向上，中間相瀝青基碳纖維的含量為18～20vol％。

所述三維預制體的Y方向上，中間相瀝青基碳纖維的含量為18～20vol％。

所述一級石墨化的溫度為2000～2200℃。

所述一級石墨化的氣氛包括氬氣。

所述一級石墨化的升溫速率為5～10℃/min。