[發明專利]一種制備碳/碳復合材料薄板的裝置及薄板的制備方法

在審

• 申請號: 202310126264.0
• 申請日: 2023-02-17
• 公開（公告）號: CN116516314A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 張福勤;袁振宇;劉俊良;徐博聞;喻文瑞;豐欣妍;豐雪帆;孫婷婷
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/04;C04B35/80;C04B35/52;C04B35/622;C04B35/83
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹

本發明公開了一種制備碳/碳復合材料薄板的裝置及薄板的制備方法，所述裝置包括高硅氧纖維微孔導氣板，所述裝置還包含鏤空石墨板，將鏤空石墨板、高硅氧纖維微孔導氣板疊置構成一塊支撐板，在兩塊支撐板的高硅氧纖維微孔導氣板之間夾裝一塊碳/碳復合材料薄板坯料，用緊固件將兩塊支撐板緊固，構成制備碳/碳復合材料薄板的裝置。本發明的制備碳/碳復合材料薄板的裝置，可將碳源氣體均勻導向碳/碳復合材料薄板，解決薄板的均勻化學氣相滲碳問題和變形控制問題，制備出密度均勻、表面平整的碳/碳復合材料薄板，其密度為1.5?1.9g/cmsupgt;3/supgt;，厚度為2.0?8.0mm。

技術領域

本發明公開了一種制備碳/碳復合材料薄板的裝置及薄板的制備方法，屬于化學氣相沉積技術領域。

背景技術

碳/碳復合材料薄板，是指厚度在2.0-8.0mm之間，表面平整的平板構件。一般采用化學氣相滲碳方法制備高性能碳/碳復合材料薄板，但由于化學氣相滲碳是一種高溫化學處理過程，超薄平板構件在此過程中極易變形，必須采用定型工裝加以控制。

現有技術采用鏤空石墨工裝夾持超薄碳/碳復合材料進行化學氣相沉積，通過鏤空的孔洞，將碳源氣導向構件，實施化學氣相滲碳，利用石墨的高溫強度性能，能夠在高溫下實現對構件的變形控制，制備碳/碳復合材料薄板。但是，由于對石墨的高溫強度有一定的要求，因此，為保持鏤空石墨工裝的夾持強度，鏤空的孔洞之間間隙較大，通常鏤空部分的面積占比不超過60％，采用這種鏤空石墨工裝的鏤空孔洞導氣，進行化學氣相沉積時，會導致碳源氣在構件表面的分布不均，鏤空局部獲得有效滲碳，未鏤空局部不能有效滲碳，嚴重影響構件密度的均勻性和性能的均勻性，致使采用鏤空石墨工裝的現有技術制備的碳/碳復合材料薄板的最大平均密度只能達到1.7g/cm³，滿足不了對碳/碳復合材料薄板密度的要求。發明人在專利(201811277724.5)中采用碳纖維制備了微孔導氣板解決1mm以下厚度超薄面板的均勻增密問題，但碳纖維微孔導氣板制造成本高，同時導氣深度效果有限，因而僅適用于作為1mm以下厚度的面板的導氣工裝，限制了其在2mm-8mm厚度薄板的應用。

因此，發明一種可以制備密度均勻的碳/碳復合材料薄板的裝置及碳/碳復合材料薄板的制備方法成為本領域的亟需。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種制備碳/碳復合材料薄板的裝置及碳/碳復合材料薄板的制備方法。本發明的裝置結構合理、可以提供碳源氣的均勻傳輸通道，同時導氣能力強，可以確保碳源氣在厚度為2mm-8mm厚度的碳/碳復合材料薄板上均勻沉積。本發明的方法可以制備出密度均勻、變形量滿足要求的碳/碳復合材料薄板。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明一種制備碳/碳復合材料薄板的裝置，所述裝置包括高硅氧纖維微孔導氣板，所述高硅氧纖維微孔導氣板為高硅氧纖維/碳復合板。

發明人意外的發現，將高硅氧纖維/碳復合板作為微孔導氣板，其具有更為優異的導氣能力，能夠使碳源氣在厚度為2mm-8mm的碳/碳復合材料薄板上均勻沉積，同時高硅氧纖維的價格遠遠低于碳纖維，從而使工裝成本大幅下降，從而適合于工業化大生產。

優選的方案，所述高硅氧纖維微孔導氣板的厚度為3-12mm，密度為0.2-1.5g/cm³。

優選的方案，所述高硅氧纖維微孔導氣板中高硅氧纖維的直徑為6-10μm，其氧化硅含量為96-98％。

發明人發現，當高硅氧纖維微孔導氣板中采用上述直徑的高硅氧纖維時，最終導氣性能最優。

優選的方案，所述高硅氧纖維微孔導氣板的制備過程為：將高硅氧纖維網胎針刺成平板氈，進行化學氣相滲碳增密硬化；然后進行機加工得到高硅氧纖維微孔導氣板。

進一步的優選，所述平板氈的厚度為5-15mm，密度為0.09-0.12g/cm³。