[发明专利]一种碳纤维保温板的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维保温板的制备方法。本发明制备的碳纤维保温板，采用复合碳纤维材料，提升了保温板的耐高温性能，工艺采用真空抽滤一次成型，整体性能好；产品表面进行处理，提高了产品质量，延长了产品的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维保温板的制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，军事、国防、冶金、化工等国民经济各领域对保温材料的需求日益剧增，且对保温材料的性能要求越来越高。我国拥有硬质合金烧结炉、单晶硅炉、多晶铸锭炉、真空冶炼炉、真空热处理炉、气相沉积炉等多种高温炉至少10万台以上，这些高温炉目前很大一部分仍普遍采用传统的隔热保温材料。

目前国内真空高温炉中所使用的保温材料存在强度低、易变形、易风化、隔热效果差、拆卸安装费时费力等缺点，而碳纤维硬化保温材料能够克服上述缺点，可作为晶体硅高温炉、气相沉积炉、陶瓷烧结炉等高温炉中的隔热保温材料得到广泛使用。

碳纤维增强碳基体复合材料，简称碳/碳(碳纤维)复合材料，碳纤维复合材料是将高强度的碳纤维嵌入基体碳复合而成，而增强体与基体同为一种元素的特点，使得二者各自的性能得以保持。碳纤维复合材料比重轻，密度仅为陶瓷材料的1/2，镍基合金的1/4；力学性能具有比强度高、比模量大、断裂韧性好，特别是在高温时，其强度不仅不下降反而随着温度上升而升高，这是其他材料无法比拟的独有特征；碳纤维复合材料热物理性能则具有热膨胀系数低，耐烧蚀、热震稳定性好等特点。

发明内容

本发明提供一种碳纤维保温板的制备方法，使用该方法制备的保温板，耐高温性能强，保温效果好。

为了实现上述目的，本发明提供一种碳纤维保温板的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)制备碳纤维复合材料

在真空条件下，将碳纤维放入2150℃-2225℃环境中锻烧2-3h，将锻烧后的碳纤维基体用硝酸和硫酸的混合溶液在50-70℃浸泡50-80min，接着用去离子水冲洗至中性，最后烘干待用；

取10-12mL复合催化剂，加入浓度为2mol/L的氨水90-120mL，再加入30-50mL无水乙醇，搅拌使其混合均匀；

将的混合溶液转移到高压反应釜中，将所得的碳纤维预制体放入釜中浸渍8-10h；

将反应釜浸入120-140℃的油浴中反应2-3h；

用冷水对反应釜急冷，使其温度降至室温，取出碳纤维预制体，在不断翻动的情况下阴干；

将所得的试样转入真空碳管炉中锻烧、还原，得加载有金属催化剂Ni颗粒的碳纤维预制体；

将所得碳纤维预制体装载在真空碳管炉中，进行沉积增密。其中，主要工艺参数为：温度1200-1300℃，管道天然气气体流量范围为5-7L，气氛压力控制为1.5-2KPa，沉积时间为50-60h；

将所得沉积增密后的样品在2200-2250℃温度下高温石墨化处理2h-3h，自然冷却后，磨碎，得到长度为10-30mm的碳纤维丝占比为50％-90％，长度为1-5mm的碳纤维丝占比为10％-50％的复合碳纤维材料；

(2)坯体真空抽滤成型

真空抽滤复合碳纤维材料浆液，形成坯体：按重量份称取复合碳纤维材料1-3份、分散剂1-2份和水100份，搅拌均匀得到复合碳纤维材料浆液，将复合碳纤维材料浆液浇注在真空抽滤模具中，抽滤形成坯体，向真空抽滤模具中浇注树脂溶液直到溶液浸没坯体，启动真空抽滤，抽走多余的树脂溶液；

(3)坯体固化成型

以5-10℃/min的升温速率将抽走多余的树脂溶液后的坯体加热至200-300℃；然后将坯体在真空或是惰性气体的环境中，加热至600-1200℃进行炭化处理；