[发明专利]一种碳/碳复合材料蜂窝及其制备方法

权利要求书

1.一种用于高精度观测平台的碳/碳复合材料蜂窝的制备方法，其特征在于：碳/碳复合材料蜂窝为轮廓尺寸200mm×200mm×80mm、蜂窝芯格边长5mm、蜂窝壁厚0.8mm的卫星用碳/碳复合材料蜂窝，步骤包括：

1）选用通用级T300-3K聚丙烯腈基碳纤维编织成面密度240g/cm³平纹碳布，经纬密6根/cm×6根/cm，随后按蜂窝壁展开尺寸将碳布裁剪成设定规格的碳布块备用；在裁剪过程中以经向纱线方向为0°，逆时针旋转形成+45°碳布，顺时针旋转形成-45°碳布；

2）将步骤1）中的碳布块按照设计的铺层顺序进行碳布叠层，相邻碳布按照+45°/-45°铺层顺序排列；将碳布两两缝合，蜂窝厚度方向缝合间距4mm，蜂窝L方向缝合间距5mm，缝合线为T300-1K碳纤维，缝合引纱工装直径1.3mm；碳布缝合堆积至蜂窝产品设计需求铺层数后，插入六方体金属浸渍-固化工装并浸渍乙醇质量含量20%的酚醛树脂溶液；加热固化后脱模，形成碳纤维增强体，其中，树脂固化升温制度为：室温~80℃，25℃/h；80℃保温2h；80℃~100℃，10℃/h；100℃保温1h；100℃~120℃，10℃/h；120℃保温1h；120℃~160℃，10℃/h；160℃保温6h；160℃~70℃，≤25℃/h；70℃~室温，自由降温；

3）根据步骤2）中制备的固化维型的碳纤维增强体配制全碳质防变形致密化工装，工装由石墨芯模和夹持板块组成，石墨芯模为棱柱结构，且各侧壁上均加工有凹槽，形成气流通道，石墨芯模横截面为六边形结构，其中凹槽与所述固化维型的碳纤维增强体相接位置的宽度a为3mm，深度b为2mm；

4）将步骤3）中全碳质工装装配在步骤2）中固化维型的碳纤维增强体上，将带工装的固化维型的碳纤维增强体竖直放置于圆柱形立式沉积炉内；对沉积炉进行升温处理，升温曲线为室温~200℃，50℃/h；200℃~300℃，10℃/h；300℃保温2h；300℃~550℃，5℃/h；550℃保温2h；550℃~650℃，10℃/h；650℃~850℃，15℃/h；850℃保温2h，完成树脂碳化；继续升温，850℃~930℃，15℃/h；930℃保温2h；开始通丙烯，气体流量20L/min，保持炉膛内压力0.6~0.7kPa，沉积时间200h；完成沉积后，停止通气，930℃~室温，自由降温；

6）拆卸步骤4）中的全碳质工装，将蜂窝加工至预定尺寸，获得最终产品；

通过上述制备方法，实现了200mm量级碳/碳蜂窝通过200h化学气相沉积增密至密度0.19g/cm³，从不同位置取五个子样，密度偏差±0.003g/cm³；测试其平压强度10.28MPa，平压模量1052MPa，L向剪切强度6.79MPa，L向剪切模量1670MPa，W向剪切强度5.26MPa，W向剪切模量831MPa，热膨胀系数0.18×10^-6/K；蜂窝壁厚0.78mm~0.82mm，蜂窝壁表面无积碳；随机测量10个蜂窝芯格对边距离8.63mm~8.71mm，芯格变形控制效果好。