[发明专利]一种碳-碳复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料和功能材料领域，涉及CVD和 CVI及复合材料制备方法。

背景技术

碳/碳复合材料具有低密度(<2.0g/cm³)、高比强、高比模量、高导热性、低膨胀系数，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，是目前在1650℃以上应用的唯一备选材料，最高理论温度更高达2600℃，因此被认为是最有发展前途的高温材料。尽管碳/碳复合材料有诸多优良的高温性能，目前商用碳/碳复合材料在温度高于400℃会发生氧化反应，导致材料的性能急剧下降。

发明内容

本发明的目的是提出一种碳-碳复合材料的制备方法，以极低松装比（0.005-0.05g/cm³）的碳纳米管为基体材料，采用化学气相渗透技术将碳氢化合物气体分解，使碳原子填充到这种高孔隙度的碳纳米管基体中，将碳纳米管基体中的空隙填满，利用碳纳米管高达600℃以上的抗氧化温度特性，制造出耐高温、高强度、高传导性碳/碳复合材料坯体，再加工成所需零部件，也可将碳纳米管装入模具中，经化学气相渗透工艺填充碳原子后直接制造成碳/碳复合材料零部件。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种碳-碳复合材料的制备方法，包括以下步骤。

（1）将碳纳米管用气流分散机分散处理，松装比控制在 0.001-0.05g/cm³。

（2）用碳纤维编织口袋或模具，将碳纳米管加入其中并封好袋口。

（3）将装有碳纳米管的模具放入化学气相渗透装置中，升温到500-1600℃。

（4）通入碳氢化合物气体，热分解后碳原子进入碳纳米管基体中，填充间隙，碳原子渗透时间保持2-100小时，炉温降至室温后取出。

（5）放入石墨化炉中在2300-3000℃保持2-200小时。

（6）冷却到室温后，取出加工成碳/碳复合耐高温耐腐蚀高强度零部件。

本发明的产品可裁剪或加工成需要的形状和大小，也可直接制造成特定形状的零部件。本发明充分利用新的工艺方法制造碳纳米管/碳复合材料，方法简单、易行。制备的碳/碳复合材料可充分发挥碳纳米管高强度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀同时具备很好的柔韧性特点，制造的碳纳米管/碳复合材料，具有优良的导电性能、机械性能、耐高温性能，在航空航天、汽车工业、医学等领域，如火箭发动机喷管及其喉衬、航天飞机的端头帽和机翼前缘的热防护系统、飞机刹车盘、耐高温紧固螺栓等众多领域具有重要用途。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

以下实施例碳纳米管的来源是按中国专利ZL201210067937.1、ZL201210304345.7制备的。

实施例1。

（1）取100克碳纳米管气流分散，松装比控制在 0.001g/cm³。

（2）用碳纤维编织口袋，将碳纳米管加入其中并封好袋口。

（3）将装有碳纳米管的模具放入化学气相渗透装置中，升温到800℃。

（4）通入丙烯气体，丙烯热分解，碳原子进入碳纳米管基体中，填充间隙，碳原子渗透时间保持2小时，炉温降至室温后取出。

（5）放入石墨化炉中在3000℃保持20小时，进行石墨化处理。

（6）冷却到室温后，取出加工成碳/碳复合耐高温耐腐蚀高强度零部件。

实施例2。

（1）取200克碳纳米管气流分散，松装比控制在0.05g/cm³。

（2）用碳纤维编织好模具，将碳纳米管加入其中并封好。

（3）将装有碳纳米管的模具放入化学气相渗透装置中，升温到1000℃。

（4）通入甲烷气体，甲烷热分解，碳原子进入碳纳米管基体中，填充间隙，碳原子渗透时间保持100小时，炉温降至室温后取出。

（5）放入石墨化炉中在2800℃保持50小时，进行石墨化处理。

（6）冷却到室温后，取出加工成碳/碳复合耐高温耐腐蚀高强度零部件。

实施例3。

（1）取100克碳纳米管气流分散，松装比控制在0.01g/cm³。

（2）用碳纤维编织模具，将碳纳米管加入其中并封好。

（3）将装有碳纳米管的模具放入化学气相渗透装置中，升温到1200℃。

（4）通入乙炔气体，热分解后碳原子进入碳纳米管基体中，填充间隙，碳原子渗透时间保持200小时，炉温降至室温后取出。