[发明专利]纤维层间组装石墨烯的高导热导电陶瓷基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种纤维布表面及层间组装石墨烯的高导热导电陶瓷基复合材料的制备方法，利用超声波辅助电泳沉积，首先在碳纤维布表面构建石墨烯导热二维网络结构，继而在碳纤维层间引入石墨烯薄膜，则可以联通上下两层碳纤维布之间的导热网络。制成预制体后，则可以联通所有碳纤维布之间的导热网络，从而构建了三维导热网络结构，极大地促进了热流复合材料内各个方向的传递，显著地提高了复合材料的热导率。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料的制备方法，涉及一种纤维布表面及层间组装石墨烯的高导热导电陶瓷基复合材料的制备方法，应用于超高温功能性陶瓷基复合材料领域。技术特征在于石墨烯沉积液配置、电泳沉积、层间组装、沉积界面层与基体等关键步骤，采用电泳沉积可以快速高效地在碳纤维布表面组装石墨烯，经过层间组装石墨烯膜之后，可制备出高导热、导电石墨烯连续纤维增强陶瓷基复合材料。

背景技术

自2004年问世以来，石墨烯(Graphene,Gr)由于其独特的结构和优异的性能，已经在诸多领域引起了广泛关注。石墨烯是碳原子以sp²杂化，通过紧密堆积的方式形成的单层二维蜂窝状(honeycomb)晶格结构的一种新型碳纳米材料，这种独特的二维结构赋予了石墨烯许多优异的性能。研究表明石墨烯材料的理论比表面积高达2675m²/g，具有类似于金属的导热性能(5000W/(m·K))，它的力学性能可以达到1060GPa。此外石墨烯作为一种半金属性材料，载流子浓度高达1013cm^-2，室温下电子迁移率高达15000cm²/(V·s)。由于具有如此优异的物理性能，近几年来石墨烯在各个领域的应用得到了快速的研究和发展。

连续碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(C_f/SiC)克服了碳化硅陶瓷脆性大和可靠性差等致命弱点，具有耐高温、高强度、低密度、热膨胀小、抗热震性能好，不发生灾难性损毁等一系列优异性能，但是其功能性如导电导热性能较差。而随着工业生产技术以及航空航天技术的发展，对复合材料的需求不再单一化，正由之前作为单一构材料转向结构/功能一体化材料的方向发展。针对这一需求，目前的解决方案主要是对复合材料进行改性。文献“Fabrication of SiCf-CNTs/SiC composites with high thermal conductivity byvacuumfiltration combined with CVI”报道了一种采用CNTs在纤维层间组装的方法来增强复合材料导热率，从而使复合材料最终热导率提高了2.9倍，提升不明显。这是因为在层间中引入CNTs纸无法在复合材料中构建一个立体导热通道，在热传导的过程中，只能在CNTs纸面内提升热导率，无法在复合材料内的各个方向同时导热，因此热导率的提升并不明显。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种纤维布表面及层间组装石墨烯的高导热导电陶瓷基复合材料的制备方法，

技术方案

一种纤维布表面及层间组装石墨烯的高导热导电陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用酸试剂对石墨烯进行表面活化处理0.5～24小时；所述石墨烯与酸试剂之间的质量比为1:40～1:120；

步骤2：将预处理的石墨烯、分散剂与溶剂配置成0.1～50mg/mL的溶液，调节pH值至5～10得到浆液；所述分散剂与石墨烯的质量比为0.1～30；

步骤3.界面组装：采用电泳工艺在纤维布表面组装步骤2所制备的石墨烯浆料；其中，所采用电压为10～120V，电泳沉积时间为1～20分钟；

若纤维表面有胶，进行除胶处理：

步骤4：将步骤2制备的石墨烯浆料采用抽滤或涂刷方法制备成石墨烯薄膜，采用真空抽滤法制备石墨烯薄膜，控制石墨烯膜厚度在15～1000μm；所述真空抽滤时真空泵压力控制在-0.08～0.096Mpa；