[發(fā)明專利]一種原位生長碳纖維的復(fù)合炭素材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011401382.0
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112521172B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 詹勇軍;李福生;張錫強(qiáng);喻維杰;趙常;代學(xué)志
• 申請（專利權(quán)）人: 成都拓米雙都光電有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622;C04B35/64;B23H1/06;B22D11/059;C30B29/06;C30B28/00;C03B23/023
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 劉世權(quán)

本發(fā)明公開了原位生長碳纖維的復(fù)合炭素材料及其制備方法和應(yīng)用，制備方法包括以下步驟：S1：將具有自粘性的石油焦粉、瀝青焦粉和中間相炭微球中的至少一種與硅粉和酚醛樹脂粘結(jié)劑混合得到混合材料并將混合材料粉碎得到混合粉料；S2：將所述混合粉料通過模壓成型和/或等靜壓成型壓制得到塊狀坯體；S3：將所述塊狀坯體在隔絕空氣的條件下進(jìn)行燒結(jié)處理得到所述原位生長碳纖維的復(fù)合炭素材料。原位生長碳纖維的復(fù)合炭素材料由上述制備方法制得，該原位生長碳纖維的復(fù)合炭素材料能夠應(yīng)用在玻璃熱彎模具、連續(xù)鑄造模具、電火花電極或太陽能用多晶硅生長中。本發(fā)明不需要再進(jìn)行浸漬處理且僅通過一次性燒結(jié)即可獲得原位生長碳纖維或碳納米管的復(fù)合炭素材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨模具制備的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種可以用于3D蓋板玻璃熱彎成型用的原位生長碳纖維的復(fù)合炭素材料及其制備方法，該材料也可以應(yīng)用于電火花電極及半導(dǎo)體器件制程等應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的石墨模具的制備主要采用石墨焦、瀝青焦、針狀焦或天然/人造石墨以及包含具有粘結(jié)作用的有機(jī)樹脂材料、各種軟化溫度的瀝青材料等。為了追求石墨材料的高密度、高強(qiáng)度，通常情況在原始胚體成型碳化后還經(jīng)過多次的浸漬/焙燒后再進(jìn)行石墨化處理，如進(jìn)行兩浸三焙等方式，多次的浸漬焙燒不僅耗費(fèi)大量的能源，同時使得產(chǎn)品的制造周期變得非常漫長，一般情況下每一批石墨材料的生產(chǎn)周期長達(dá)半年以上，其產(chǎn)品轉(zhuǎn)換及新產(chǎn)品的開發(fā)變得異常緩慢，這也間接阻礙了高端產(chǎn)品的開發(fā)。

為了提升炭素材料的力學(xué)性能，尤其是抗壓抗折方面的性能，通常采用如下的方法進(jìn)行材料的改性，如直接在原料中添加入SiC材料或者類似高硬度材料，希望利用其SiC優(yōu)良的硬度及耐磨性能增強(qiáng)成型后炭素材料的性能。此外還采用直接在原料中混入碳納米管或碳纖維材料，然而實(shí)際的應(yīng)用常常會遇到碳納米管或碳纖維難以在原料混合中得到均勻的分布，其結(jié)果必然造成成型后炭素材料的均一性受到嚴(yán)重的影響。另一方面，基于制造的炭素材料需應(yīng)用于熱彎模具及相關(guān)的領(lǐng)域，其中需要炭素材料CNC加工后的粗糙度更低，其必然需要原料的粒度能夠更小，尤其是SiC材料由于硬度高，其CNC過程中可能由于大的顆粒而影響刀具的正常工作，并且可能造成CNC加工后表面出現(xiàn)較大尺寸的凹凸缺陷。

簡言之，上述添加的材料需要更小的粒度，尤其達(dá)到5um以下甚至是亞微米的尺度，而這些材料的粒度越低其成本越高，并且面臨均勻混合分布控制的難題。因此，直接通過在原材料中進(jìn)行高硬度微納米顆粒材料或碳纖維/碳納米管材料的混合改性難以獲得理想的改性效果。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種不需要再進(jìn)行浸漬處理且僅通過一次性燒結(jié)即可獲得原位生長碳纖維或碳納米管的復(fù)合炭素材料的制備方法并制得相應(yīng)的原位生長碳纖維的復(fù)合炭素材料。

為此，本發(fā)明的一方面提供了原位生長碳纖維的復(fù)合炭素材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

S1：將具有自粘性的石油焦粉、瀝青焦粉和中間相炭微球中的至少一種與硅粉和酚醛樹脂粘結(jié)劑混合得到混合材料并將混合材料粉碎得到混合粉料；

S2：將所述混合粉料通過模壓成型和/或等靜壓成型壓制得到塊狀坯體；

S3：將所述塊狀坯體在隔絕空氣的條件下進(jìn)行燒結(jié)處理得到所述原位生長碳纖維的復(fù)合炭素材料。

進(jìn)一步地，以質(zhì)量百分比計(jì)，所述具有自粘性的石油焦粉、瀝青焦粉或中間相炭微球中的揮發(fā)份含量≤14wt％、β樹脂含量為2.1～10wt％、灰分含量≤0.3wt％，所述具有自粘性的石油焦粉、瀝青焦粉或中間相炭微球的中位徑D50為1～25μm。此處的中位徑是指作為混合前的初始原料，進(jìn)一步地該尺寸可以優(yōu)化為D50為3～15μm，再進(jìn)一步地優(yōu)化到D50為3～8μm，這些尺寸的原料可以直接獲得或者通過振動球磨或氣流粉碎(或氣動磨粉機(jī))研磨后獲得。