[发明专利]一种碳/碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1预制体的制备，步骤S2单体混合物溶液的制备，步骤S3真空浸渍、固化，步骤S4高温碳化、石墨化处理。本发明还公开了根据所述制备方法制备得到的碳/碳复合材料。本发明公开的碳/碳复合材料的制备方法简单易行，设备简单，工艺可控，制备得到的碳/碳复合材料均匀致密度高、基体碳的反应活性高、电阻率更小、热导率更高。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种复合材料及其制备方法，尤其涉及一种碳/碳复合材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展及科技的进步，结构-功能一体化散热材料在航天航空、核工业、军工等领域越来越重要，人们对其要求也越来越高，不仅要求其具有高的力学性能，还要求其同时具有优异的热传导性能以便于其与外界的热能交换，从而控制自身温度变化以适应工作环境的变化。碳/碳复合材料就是这类材料的典型代表，它综合了纤维增强复合材料优良的力学性能及碳质材料优异的高温性能，具有高的比强度、比模量，良好的韧性以及高温下优良的强度保持率、耐蠕变和抗热震等一系列优异性能，广泛应用于航天、航空、核电、冶金、汽车等领域。

碳/碳复合材料主要制备技术包括：化学气相沉积工艺、热等静压工艺以及树脂浸渍裂解工艺。化学气相沉积工艺是碳源气体在特定温度下在碳纤维预制体孔隙内部热解沉积的工艺过程。热等静压工艺以及树脂浸渍裂解工艺是将热塑性沥青或热固性树脂浸渍进入碳纤维预制体内部，并用热处理方法在惰性气氛中将有机物转化为碳的工艺过程。与化学沉积工艺以及热等静压工艺相比，树脂浸渍裂解工艺具有生产设备要求较低、工艺控制稳定、基体结构可设计、能够成型复杂结构产品等特点，但这种方法或多或少存在热解效率差而产生少量低品质的基质、在填充孔隙度上做到不好，因碳材料的断裂增加而降低复合材料性质，均匀致密化度不够的技术缺陷。

因此，开发一种均匀致密度高、基体碳的反应活性高、设备简单、工艺可控，制备成本低廉的碳/碳复合材料符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种碳/碳复合材料及其制备方法，该制备方法简单易行，设备简单，工艺可控，制备得到的碳/碳复合材料均匀致密度高、基体碳的反应活性高、电阻率更小、热导率更高。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明所述的碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1预制体的制备：将富勒烯类纳微米纤维为基体材料，在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂，经一次热压成型得到预制体；

步骤S2单体混合物溶液的制备：将乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、2,7-二苯乙烯基萘、2-乙烯基-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)四氢呋喃、乙烯基树脂、引发剂溶于四氢呋喃中，形成浸渍液；

步骤S3真空浸渍、固化：将经过步骤S1制备得到的预制体浸泡在经过步骤S2制备得到的浸渍液中，在密闭状态下进行真空浸渍3-5小时，后在氮气或惰性气体氛围下，加热固化4-6小时，取出，在真空干燥箱80-90℃下烘至恒重，得到碳/碳复合材料坯；

步骤S4高温碳化、石墨化处理：将经过步骤S3得到的碳/碳复合材料坯首先高温碳化，然后再进行石墨化处理，得到碳/碳复合材料。

优选地，步骤S1中所述热压成型的温度为600-700摄氏度；热压压强9-12MPa，热压时间5-6小时。

优选地，步骤S1中所述基体材料在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂之前进行电晕处理。

优选地，所述电晕处理工艺为将基体材料放入等离子体腔内，在功率为180-200W下电晕处理15-20min。