[發明專利]一種碳碳復合結構及其制備方法

有效

• 申請號: 202210678626.2
• 申請日: 2022-06-15
• 公開（公告）號: CN115160007B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 劉時偉;胡士偉
• 申請（專利權）人: 浙江德鴻碳纖維復合材料有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622;C04B35/524;C04B35/84
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 苗芬芬

本申請涉及碳碳復合材料技術領域，特別涉及一種碳碳復合結構及其制備方法，方法包括：提供筒狀編織模具，筒狀編織模具的周向上的側壁上設置有多個碳纖維束的編織模具；基于預設編織路徑對碳纖維進行編織，至碳纖維層的厚度達到第一預設厚度；在筒狀編織模具上形成碳碳預制體結構；將碳碳預制體結構進行高溫石墨化處理，得到具有三維交織框架的低密度碳碳復合結構；對其進行增密、脫模和機械加工處理，得到目標碳碳復合結構；本申請通過使用編織模具對碳纖維進行編織，并經過高溫石墨化處理后，形成具有三維交織框架的低密度碳碳復合結構，其可一次性編織至所需厚度，無需多層粘合，避免目標碳碳復合結構在使用過程中產生分層，提高其使用壽命。

技術領域

本申請涉及碳碳復合材料技術領域，特別涉及一種碳碳復合結構及其制備方法。

背景技術

碳/碳復合材料是碳纖維增強碳基體復合材料，具有低密度，高強度、高模量、良好的抗疲勞度、熱沖擊性能好等一系列優異性能。此外，碳/碳復合材料高溫力學性能極佳，隨著溫度的升高，強度不降反升，有研究表明碳/碳復合材料具有很強的抗疲勞性能，其強度明顯優于石墨制品的強度；這使得碳/碳復合材料模具的優異性能使其在熱壓陶瓷行業應用廣泛，逐漸取代石墨制品。

目前國內制備碳/碳復合材料熱壓陶瓷模具多采用2.5D針刺圓筒預制體為坯體，經化學氣象沉積、浸漬等方法增密，這種工藝制作周期長，且內應力釋放不完全導致模具在使用過程中出現縱裂現象。也有通過三維編織成型工藝制得預制體坯體，這種方法生產成本高，人力、物力消耗大。且由于現有三維織物技術的局限性，織物尺寸受到限制，厚度有限，織物要達到一定厚度，需將多層織物通過膠類粘合，但粘合后的織物層間結合力較弱，長期使用，會出現分層、開裂，嚴重影響產品壽命。

因此，亟需提供一種改進碳碳復合結構及其制備方案，以克服上述現存問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本申請的提供了一種碳碳復合結構及其制備方法，本申請避免碳碳復合結構在使用過程中產生分層，同時保證了碳碳復合結構沿其周向的強度，提高了碳碳復合結構的使用壽命。

本申請公開了一種碳碳復合結構的制備方法，所述方法包括：

S1：提供筒狀編織模具，所述筒狀編織模具的周向上的側壁上設置有多個碳纖維束的編織模具；其中，所述多個碳纖維束間的間隙形成與所述編織模具的預設編織路徑；

S2：在所述編織模具的側壁上，基于所述預設編織路徑對碳纖維進行編織，至形成的碳纖維層的厚度達到第一預設厚度；

S3：在所述碳纖維層上噴涂樹脂固化劑，靜置一段時間，在所述筒狀編織模具上形成碳碳預制體結構；

S4：將所述碳碳預制體結構進行高溫石墨化處理，得到具有三維交織框架的低密度碳碳復合結構；

S5：對所述低密度碳碳復合結構進行增密、脫模和機械加工處理，至得到第一預設密度的目標碳碳復合結構。

進一步地，所述步驟S5包括：

S51：利用樹脂碳靶材對所述低密度碳碳復合結構進行氣相沉積；

S52：對氣相沉積后得到的碳碳復合結構進行浸漬和碳化處理，至低密度碳碳復合結構的密度達到第二預設密度，得到高密度碳碳復合結構；

S53：對所述高密度碳碳復合結構進行去皮處理，至所述高密度碳碳復合結構厚度為第二預設厚度；

S54：對去皮處理后的所述高密度碳碳復合結構重復執行步驟S52，至所述高密度碳碳復合結構的密度處于預設密度范圍；

S55：對所述高密度碳碳復合結構進行高溫石墨化處理，得到碳碳復合結構；其中，所述預設密度范圍包括所述第一預設密度；

S56：對所述碳碳復合結構進行脫模和機械加工處理，得到第一預設密度的目標碳碳復合結構。