[发明专利]炭/炭复合材料板制备方法

说明书

技术领域

本发明是对高温结构材料——炭/炭复合材料板制备方法的改进，尤其涉及一种炭纤维体积含量高的炭/炭复合材料板制备方法。

背景技术

炭/炭复合材料板(以下简称炭或C/C板)是制备多种高温结构件例如单晶、多晶、氢化炉、石墨舟、磁性材料等耐高温结构用板材，使用温度大都在1300℃以上，要求其具有很好的高温强度和高温尺寸稳定性。现有技术制备方法有。

采用炭纤维布浸渍树脂(或预浸有树脂布)叠层，经炭化、高温处理和/或CVD致密制成，例如中国专利CN101279855高温炉用炭/炭板材制备方法，采用浸胶后炭布叠层置于平板摸具后经压机压制固化、炭化和高温处理制成。此法制备的炭板，炭布层间(厚度方向)没有炭纤维交织，层间布完全依靠树脂粘接形成Z向强度。此结构预制体在炭化过程中树脂会因受热分解，产生大量气态小分子在炭布层间积聚和扩散，当积聚速率大于扩散速率时，产生内压应力，会造成炭板内部出现局部分层，严重甚至开裂；此外，在高温处理过程中，炭结构转化时基体体积会产生收缩，造成分层或开裂缺陷区域范围进一步扩大，高温处理后即使通过化学气相沉积或渗透增密(CVD或CVI)，也难以弥合分层缺陷。因而制备的炭板在高温、载荷环境下易产生扭曲变形和开裂等问题，影响使用性能。

采用炭纤维无纬布加网胎针刺成所需厚度预制件，经CVD或CVI增密制成。该方法所得炭板虽然层间有通过针刺带入纵向纤维，然而仅依靠刺针成型，是不可能获得高纤维体积含量的预制体，此类预制体通常炭纤维体积含量小于30﹪，无纬布层数≤18层/cm，所得炭板强度较低(平面拉伸强度≤100Mpa,弯曲强度≤120Mpa)，无法满足尺寸规格较大（如长、宽＞1000mm）、薄厚度（如3mm以下）和高强度炭板使用要求。

上述不足仍有值得改进的地方。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种不仅层间结合力强，而且体积纤维含量高，纤维损伤小，综合性能优良的炭/炭复合材料板制备方法。

本发明目的实现，主要改进是采用炭纤维无纬布与短纤维网胎交替叠层针刺，制得厚度大于最终厚度要求的预制体，在浸渍树脂后采用加压压缩固化，从而获得高体积纤维含量，克服现有技术不足，实现发明目的。具体说，本发明炭/炭复合材料板制备方法，包括炭纤维无纬布、短纤维网胎交替叠层针刺制备预制体，炭化，高温处理，表面强化处理，其特征在于制备预制体厚度大于最终产品厚度，制得预制体后浸渍树脂，热压、固化，压缩至所需厚度，使得炭板中炭纤维体积含量平均值Vf达到35～55%或无纬布层数≥22层/cm。

在详细说明前，先通过对发明能够达到的基本功能及效果作一介绍，以使本领域技术人员对本专利总体技术方案有一个明确了解。

本发明通过针刺将预制体制成厚度大于最终厚度，针刺确保层间结合力，并提高了预制体的各同向性，然后在浸渍树脂后的加压、固化过程中，使其压缩至所需厚度，因而提高了最终产品中炭纤维的体积含量(单位厚度层数增加)，从而提高了炭板的综合性能；同时，网胎具有随机分布多孔，孔结构均匀，为后续基体炭引入提供良好的结构空间，而且基体炭分布性能好，有利于提高制成复合材料的整体性能。

本发明中，除制备预制体厚度大于最终产品厚度，以及浸渍树脂固化时加压压缩至最终厚度，两步不同外，其余均可以采用现有技术工艺。

在树脂浸渍中，为确保合适的浸渍量，较好采用比重0.8～1.1g/cm³树脂浸渍。

试验表明，要获得理想的最终炭纤维体积含量，较好制备预制体厚度(树脂浸渍前预制体厚度)大于最终产品厚度0.45～0.95倍，可以获得无纬布层数≥25层/cm的预制体。交替叠层，可以是一层无纬布一层网胎，也可以是若干层无纬布与一层网胎，根据设计强度要求确定。