[发明专利]一种催化生成炭/炭复合材料基体炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化生成炭/炭复合材料基体炭的方法，是化工材料的制备方法。

背景技术

炭/炭复合材料自上世纪60年代产生至今，一直是人们专注的研究对象。该材料不仅具有炭纤维增强复合材料优良的机械性能，而且还保持了许多炭材料所具有的优点，如低密度、高的导热性、低的膨胀系数及热冲击不敏感性等，作为新型结构材料，炭/炭复合材料还具有优异的烧蚀性能、抗热震性、高比强、高比模、高的断裂韧性、低蠕变和高温性能稳定性等特点，在航空、航天、医用及民用领域具有广泛的应用背景。但是炭/炭复合材料制作工艺复杂、工艺时间长、原材料转化率低等问题致使其成本居高不下，严重限制了该材料的应用和发展。因此，提高原材料的转化率、缩短产品的制作周期、得到较低成本的炭/炭复合材料是许多研究者迫切需要解决的问题。

催化剂是一种能够加速反应速度使反应趋于平衡而在反应前后其化学组成和数量不发生变化的物质。对于制备炭/炭复合材料常用的化学气相沉积法，利用催化剂即可加速该方法中碳源气体的热解过程，提高碳源气体的转化率，进而缩短炭/炭复合材料的制备周期。我国李爽等人发现改性的沸石类催化剂可有效促使甲烷芳构化，而炭/炭复合材料的基体炭亦是一种高度芳构化的碳结构；波尔多特等人也利用了锌改性的沸石HZSM-5催化剂加速了丙烷芳构化的进程。虽然，沸石催化剂能够加速化学气相沉积法中甲烷等气体的芳构化进程。但是，在利用化学气相沉积法生成炭/炭复合材料时，能否借助沸石催化剂加速沉积气源的芳构化进程，提高沉积气源的转化率，从而达到快速沉积到基体炭，缩短炭/炭复合材料的制作周期的目的还未见有公开报道。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种催化生成炭/炭复合材料基体炭的方法，利用沸石作为化学气相沉积法制备基体炭的催化剂，加速基体炭的沉积速率。

技术方案

一种催化生成炭/炭复合材料基体炭的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将粒度＜1250目的锌改性的沸石HZSM-5粉与无水酒精配成浓度为1～15mol/ml的悬浮液，置于搅拌器中搅拌均匀；

步骤2：将碳纤维布浸渍在搅拌器里的悬浮液中15分钟以上；

步骤3：将浸渍过的碳纤维布置于烘箱中80～120℃保温2～20小时烘干；

步骤4：将烘干的碳纤维布多层铺叠，利用碳纤维线穿刺其中，制成预制体；

步骤5：将预制体置于化学气相沉积炉中，抽真空30～50分钟后使真空度达到-0.10～-0.01Mpa，通入Ar气至常压后再抽真空，此过程重复三次；在Ar气保护下升温至800～1200℃，升温速度控制在5～10℃/min；

步骤6：然后在Ar气保护下通入甲烷气体沉积基体炭直至预制体达到1.0～2.5g/cm³的密度，关掉甲烷阀门后以5～20℃/min的速度降温至500～200℃，关电源自然冷却至室温，开炉后取出试件，即得到炭/炭复合材料。

有益效果

本发明提出的一种催化生成炭/炭复合材料基体炭的方法，利用化学气相沉积法生成炭/炭复合材料时，借助沸石催化剂加速沉积气源的芳构化进程，提高沉积气源的转化率，就可快速沉积到基体炭，缩短炭/炭复合材料的制作周期，进而降低该材料的制作成本。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

实施例1：

步骤1：将粒度＜1250目的锌改性的沸石HZSM-5粉与无水酒精配成浓度为5mol/ml的悬浮液，置于搅拌器中搅拌30分钟；

步骤2：将碳纤维布浸渍在搅拌器里的悬浮液中30分钟；

步骤3：将浸渍过的碳纤维布置于烘箱中120℃保温2小时烘干；

步骤4：将烘干的碳纤维布多层铺叠，利用碳纤维线穿刺其中，制成预制体；

步骤5：将预制体置于化学气相沉积炉中，抽真空30分钟后使真空度达到-0.09Mpa，通入Ar气至常压后再抽真空，此过程重复三次；在Ar气保护下升温至900℃，升温速度控制在5℃/min；

步骤6：然后在Ar气保护下通入甲烷气体沉积基体炭直至预制体达到1.5g/cm³的密度，关掉甲烷阀门后以10℃/min的速度降温至200℃，关电源自然冷却至室温，开炉后取出试件，即得到炭/炭复合材料。

在抽真空过程中，通过观察真空指示是否变化，保证系统密封完好。

实施例2：