[发明专利]一种可传输冷却液或气C/C复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种C/C复合材料及其制备方法，特别是涉及一种可传输冷却液或气C/C复合材料及其制备方法。

技术背景

C/C复合材料的比强度、比模量高，2000℃以上的高温仍保持其高强度、摩擦性能和抗热震性能，是最有前途的高温结构材料。然而，碳在370℃的有氧气氛中开始氧化，高于500℃时迅速氧化，导致C/C复合材料毁灭性破坏。通过基体改性的方法，即在C基体中添加各种抗氧化剂，可以将C/C复合材料在空气中的抗氧化温度提高到800℃。但作为实际用途上的耐高温抗氧化材料，其高温抗氧化性还远远不够。对C/C复合材料的保护一般有两种，一种是降低材料的温度；二是在材料表面刷涂层防止氧化。因此，为了保证C/C复合材料的高温强度，可以对其进行降温处理，而在C/C复合材料内部通入冷却液或气将是一种有效的降低材料表面温度的方法。

文献“专利申请号是200810231997.6的中国发明专利”公开了一种碳材料表面高温抗氧化涂层的制备方法，该方法是采用料浆涂刷发在C材料表面制备高温抗氧化涂层，工艺简单，效率高，可重复性好，大幅降低炭材料的生产成本。但是，文献所提供的防氧化涂层的存在一个严重的缺陷是涂层结合强度较弱，在高速气流冲刷环境下，容易脱落，无法实现对基体的有效保护，致使C/C复合材料使用性能严重下降。

文献“碳化铪改性炭/炭复合材料喉衬的热化学烧蚀，沈学涛，李克智，李贺军.无机材料学报，2011，26(4)：427-432”公开了一种提高复合材料抗烧蚀能力的方法，该方法是在C/C复合材料中渗入难溶金属碳化物，以改性C基体的成分，提高其抗烧蚀的能力。虽然这种方法能使C/C复合材料在一定程度上提高其抗烧蚀能力，但是作为实际用途上的耐高温材料，其性能还远远不够。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有C/C不宜在高温有氧环境中使用的缺陷，提供了一种在高温环境中能有效降低C/C复合材料表面温度的方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：提供一种可传输冷却液或气的C/C复合材料，由碳基体、碳纤维增强体和孔道组成，其特征在于孔道均匀存在于C/C复合材料靠近表面的部分。孔道为圆形，直径为0.5～2mm，孔道层距离表面的厚度为4～20mm，其占整体材料的体积比率为5～35％。所述的C/C复合材料，其特征在于孔道形状可为直线形或弯曲形，孔道与孔道之间可平行分布或交叉分布。

本发明还公开了一种可传输冷却液或气的C/C复合材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)在碳纤维编织或叠层形成的增强结构中预制Nb丝在其中，Nb丝的直径为0.5～2mm；

(2)通过化学气相沉积或液相浸渍的方法合成碳基体并增密复合材料，再在2000～2700℃石墨化；

(3)将所制备的复合材料浸渍于氢氟酸和硫酸的混合溶液中，保持一段时间；

(4)将复合材料真空除气、除水，或晾干，或热风烘干；

(5)得到可传输冷却液或气的C/C复合材料。

本发明的有益效果：(1)可在该C/C复合材料内部通入冷却液或气以吸收热量，可显著降低复合材料的表面温度；(2)由于该C/C复合材料内存在大量的孔道，可作为生物材料骨架，电解质等其他生物物质可在该C/C复合材料内部运输；(3)Nb丝经过氢氟酸和硫酸的混合溶液腐蚀掉后，会在内壁形成一层致密的NbC涂层，可防止液体渗透到复合材料的表面。

附图说明

图1是一种可传输冷却液或气的C/C复合材料的截面图。

图2是一种可传输冷却液或气的C/C复合材料的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例

图1是一种可传输冷却液或气的C/C复合材料的截面图。其中[10]是碳基体和碳纤维增强体构成的C/C复合材料层，[20]是孔道，其特征在于孔道均匀存在于C/C复合材料靠近表面的部分。孔道为圆形，直径为1mm，孔道层距离表面的厚度为10mm。孔道占整体材料的体积比率为20％。孔道形状为直线形，孔道与孔道之间平行分布。上述可传输冷却液或气的C/C复合材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)在碳纤维编织或叠层形成的增强结构中预制Nb丝在其中，Nb丝的直径为0.5～2mm；