[发明专利]用炭纳米纤维增强炭/炭构件的方法

权利要求书

1.一种用炭纳米纤维增强炭/炭构件的方法，其特征在于：该方法包括以下部分：添加炭纳米纤维的预制体的制备、预制体的致密化、高温热处理；其具体步骤为：

(1)添加炭纳米纤维的预制体的制备

预制体是用炭纳米纤维均匀沉积在表面的平纹炭布叠加而成的，选用的平纹炭布为1K高强I型聚丙烯腈基平纹炭布，炭布在预制体中作为支架，而炭布中的炭纤维作为第一增强体，选用的炭纳米纤维作为第二增强体沉积在炭布表面，炭纳米纤维为平板状、管状或者鱼刺状；预制体中炭纤维的体积含量为40％；

a.炭纳米纤维的分散

首先，把炭布和炭纳米纤维在真空气氛下干燥；然后，把占炭纤维质量5％-20％的炭纳米纤维分散在有机溶液——甲醇或乙醇中，采用超声波分散，同时进行机械搅拌10-15小时；把炭布平铺在装有有机溶液并将炭纳米纤维分散后的器皿中，在室温下放置10-15小时，由于溶液的挥发作用，使得炭纳米纤维均匀沉积在炭布表面，将炭纳米纤维沉积在炭布表面的过程重复2-5次，得到占炭纤维质量5％-20％的炭纳米纤维沉积在炭布表面；

b.预制体的制备

把含炭纳米纤维的炭布叠加在自制石墨夹具上，该石墨夹具为空心石墨柱，在石墨柱径向上均匀分布着8-16个圆孔，每层圆孔之间的距离为预制体的厚度，相邻两层炭布的夹角为90度，然后固定；

(2)预制体的致密化

采用等温化学气相渗积工艺对添加炭纳米纤维的预制体致密化，具体工艺如下：

将所制备的预制体放在真空气相沉积炉，升温到950～1200℃，以甲烷、丙烷或天然气等碳氢气体为沉积气源，氮气或氩气等气体为稀释气体，沉积压力为0.5～5kPa；当预制体处在这种环境中，碳氢气体分解出热解碳和废气；热解碳吸附沉积在预制体的空隙、裂纹和纤维表面，而废气通过真空泵排出；通过控制反应气体的压力和流量、反应温度、样品的摆放，得到热解碳结构主要为粗糙层；沉积时间为500-650小时，其密度为1.70-1.75g/cm³；

(3)高温热处理

对经过致密化的材料进行高温热处理，把材料放在真空碳化炉中，在氮气或氩气等气体保护的状态下，以30～50℃/h的升温速率，升温到2000-2300℃，并保温3～5h，即得成品。

2.根据权利要求1所述的用炭纳米纤维增强炭/炭构件的方法，其特征在于：该炭纳米纤维、炭布、碳氢气体和氮气是工业标准，而有机溶液为分析纯标准。

3.根据权利要求1所述的用炭纳米纤维增强炭/炭构件的方法，其特征在于：该炭纤维的牌号是TX3。