[发明专利]一种表面具有热解碳涂层的碳/碳复合材料发热体及其制备方法

权利要求书

1.一种表面具有热解碳涂层的碳/碳复合材料发热体的制备方法，其特征在于：该方法首先对碳纤维预制体采用E-CVI工艺进行增密处理，制备成碳/碳复合材料发热体胚体；碳/碳复合材料发热体胚体经机械加工后获得碳/碳发热体，再采用化学气相沉积工艺在碳/碳发热体表面沉积热解碳涂层，最后经高温纯化后获得所述表面具有热解碳涂层的碳/碳复合材料发热体；

该方法包括如下步骤：

(1)界面层制备：

采用等温CVI工艺，将碳纤维预制体置于CVI炉中沉积热解碳，在碳纤维预制体上制备厚度为0.4～2μm的热解碳界面层；

(2)利用E-CVI工艺制备碳/碳复合材料发热体胚体，过程为：将步骤(1)制得的表面有界面层的碳纤维预制体置于带有水冷壁的E-CVI炉中沉积碳基体，获得碳/碳复合材料发热体胚体，整体密度控制在1.55～1.60g/cm³之间；

(3)机械加工：

将步骤(2)制备好的碳/碳复合材料发热体胚体按照产品要求进行加工，制得所需形状和尺寸的碳/碳发热体；

(4)热解碳涂层制备：

采用化学气相沉积工艺，将步骤(3)加工成型后的碳/碳发热体置于CVD炉中沉积热解碳涂层，以封闭碳/碳发热体表面孔隙，得到所述表面具有热解碳涂层的碳/碳发热体；通过控制沉积时间使发热体的终密度≥1.6g/cm³；

(5)高温纯化：

将步骤(4)制备的表面具有热解碳涂层的碳/碳发热体置于高温纯化炉中进行纯化处理，得到表面具有热解碳涂层的碳/碳发热体成品。

2.根据权利要求1所述的表面具有热解碳涂层的碳/碳复合材料发热体的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述碳纤维预制体为筒状结构，按照发热体形状和性能要求制成，碳纤维预制体采用2D针刺结构；碳纤维预制体的体积密度一般要求在0.4～0.6g/cm³之间。

3.根据权利要求1所述的表面具有热解碳涂层的碳/碳复合材料发热体的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述等温CVI工艺制备界面层过程中：以丙烷为气态前驱体，氩气为稀释气体，沉积温度850～980℃，氩气流量为0.05～0.4m³/h，丙烷流量为0.05～0.4m³/h，沉积时间5-10h。

4.根据权利要求1所述的表面具有热解碳涂层的碳/碳复合材料发热体的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述E-CVI工艺中，将表面有界面层的碳纤维预制体置于带有水冷壁的E-CVI炉内直接通电加热，纤维周围产生电磁场，由于预制体的隔热及外部气流和水冷壁的作用，预制体由内向外形成温度梯度，反应气体在电磁场、温度场和流体场的相互作用下实现快速沉积。

5.根据权利要求1所述的表面具有热解碳涂层的碳/碳复合材料发热体的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述E-CVI工艺中，以丙烷为气态前驱体，氩气为稀释气体，沉积温度范围700～1100℃，氩气流量为0.03～0.5m³/h，丙烷流量为0.03～0.5m³/h，沉积时间10-40h。

6.根据权利要求1所述的表面具有热解碳涂层的碳/碳复合材料发热体的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述化学气相沉积工艺中：以丙烷为气态前驱体，氩气为稀释气体，沉积温度1000～1200℃，氩气流量为0.04～0.6m³/h，丙烷流量为0.04～0.6m³h，沉积时间20-40h。

7.根据权利要求1所述的表面具有热解碳涂层的碳/碳复合材料发热体的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述高温纯化工艺中：纯化温度1700～2400℃，纯化时间5-10h。

8.根据权利要求1所述方法制备的表面具有热解碳涂层的碳/碳复合材料发热体，其特征在于：该发热体密度≥1.6g/cm³，室温条件下电阻为20～35μΩ·m。

9.根据权利要求8所述的表面具有热解碳涂层的碳/碳复合材料发热体，其特征在于：所述发热体应用于高温真空熔炼炉或其他高温工业炉。