[发明专利]一种高导热C/C复合材料的制备

说明书

本发明公开了一种高导热带状炭丝增强沥青基C/C复合材料及其制备方法。利用带状炭丝作为增强体，浸渍剂沥青作为炭基体，经模压机加压成型，进行多次浸渍/碳化，最后再通过高温石墨化，最终制得带状炭丝增强的高导热C/C复合材料。与高导热中间相沥青基炭纤维相比，本发明使用的高导热炭丝不仅长度方向导热率高（可达600‑1800W/m.K），而且成本较低。因此能有效降低高导热C/C复合材料的成本，并提高其导热率。用高导热炭丝制得的C/C复合材料,根据体积分数的不同，其导热率可在300‑1000W/m.K之间调整，抗弯强度≥5MPa。本发明提供的方法操作简便、成本低，所制备的高导热C/C复合材料不仅导热性能良好，且具有优异的导电性能。

技术领域

本发明涉及高导热C/C复合材料技术领域，具体涉及一种用高导热带状炭丝增强沥青基C/C复合材料的制备方法。

背景技术

先进复合材料由于具有比强度、比模量高、耐疲劳、各向异性等优点，受到广泛关注和应用。其中，C/C复合材料即炭纤维增强炭基体复合材料，不仅具有一般复合材料的优异性能，更兼有密度低、抗热震性能高、抗烧蚀性能好、热膨胀系数小、高导电、高导热等一系列优异性能。尤其是其强度随着温度的升高，不仅不会降低反而还可能升高，是所有已知材料中耐高温性最好的材料。因此C/C复合材料自问世以来得到了迅速发展和广泛应用，已广泛应用于核能、航空航天、工业制造、生物医学等高科技领域中。

近年来，随着科学技术的迅猛发展，散热成为许多领域发展的关键技术。如随着大型计算机和笔记本电脑等电器装置性能的不断提升以及电子元件集成度的提高, 其单位容积电子器件的发热量迅速增大, 系统产生的热量剧增。为了保证设备的正常和稳定运行,需要及时散发产生的热量。同时航空航天技术的不断发展，各种新型装备如卫星、飞船以及临近空间飞行器等对系统热管理与热疏导的要求越来越高，系统内的热控制、热平衡能力对各类飞行器的性能具有决定性的影响。因此，具备高导热率、低密度、比金属低得多的热膨胀系数和良好的高温机械性能等优点的C/C复合材料成为近年来最具发展前景的一类导热材料。但是,由于C/C复合材料的制备工艺复杂、设备操作困难,导致生产周期长、成本较高, 特别是高导热炭纤维一直以来作为提高C/C复合材料导热能力和力学性能的增强体，其存在成本高，导热率较低，编织困难等问题，从而大大限制了高导热C/C复合材料的进一步发展和应用。

因此如何进一步提高C/C复合材料的导热率、降低制备成本、能耗和制备工艺复杂度，以及扩大应用领域成为了目前需要解决的问题。

为了制备出性能更加优良的高导热C/C复合材料，多年国内外优秀的学者主要从影响高导热C/C复合材料导热率的基体炭、炭纤维种类和结构等影响因素出发进行研究，如专利CN102690125A介绍了一种高定向高导热C/C复合材料及其制备方法，其技术方案是：采用大截面带状中间相沥青纤维为原料，进行氧化稳定性；再在氧化稳定化后的带状中间相沥青纤维的表面均匀涂覆粘结剂，粘结剂为原料的4～20wt%；然后将涂覆粘结剂后的带状中间相沥青纤维单向平铺在模具内热压成型；最后进行1000～1600℃碳化和2800～3100℃石墨化处理，最终制得高定向高导热C/C复合材料。在此专利中热压成型的温度为300～700℃，热压压力为5～20Mpa，保温保压1～24h。此发明虽然制备工艺简单，成本较低，重复性好，生产周期短，但存在导热率偏低，对设备要求高等缺点。

专利CN103408315A介绍了一种高导热C/C复合材料及其制备工艺，它是以高导热中间相沥青基炭纤维布为XY向增强体，高模炭纤维为Z向增强纤维，通过碳布穿刺技术制备三维高导热炭纤维织物；然后以中间相沥青为基体前驱体，通过浸渍/碳化技术对三维高导热炭纤维织物进行致密化处理；最后对获得的材料进行2800℃以上高温石墨化处理，最终得到三维中间相沥青基高导热C/C复合材料，该工艺方法大大提高了C/C复合材料的热导率、模量和尺寸稳定性，该材料XY向导热率最高可以达到360W//m.K，但此发明存在炭纤维编制困难、制备工艺复杂等缺点。