[发明专利]一种石墨烯掺杂纤维增韧碳化硅复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯掺杂纤维增韧碳化硅复合材料的制备方法。所述方法包括如下步骤：(1)提供碳纤维预制体；(2)以聚碳硅烷为先驱体，采用先驱体浸渍裂解法将碳纤维预制体制成多孔碳化硅基体；(3)将多孔碳化硅基体浸泡在金属盐溶液中，通过烧结、还原，使基体的内外表面吸附有金属颗粒；(4)利用化学沉积法在步骤(3)制得的材料的金属颗粒上生长石墨烯；(5)重复步骤(2)至(4)，得到石墨烯掺杂纤维增韧碳化硅复合材料。该制备方法可在碳化硅基体内部和外部均匀、稳定地掺杂石墨烯，从而获得石墨烯均匀稳定掺杂的纤维增韧碳化硅复合材料，解决了直接使用石墨烯粉体时存在的石墨烯易团聚的问题。

技术领域

本发明涉及石墨烯复合材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯掺杂纤维增韧碳化硅复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯作为一种二维原子碳材料，具有众多独特的优异性质，例如超高的化学稳定性、比表面积、低热膨胀系数、轻质、杨氏模量、电导率和热导率等等。石墨烯这些优异的性质吸引了科研工作者的注意力，也使得英国曼彻斯特大学的Geim教授等人获得了2010年诺贝尔物理奖。石墨烯的杨氏模量高达1.1TPa，使其在结构材料领域具有广阔的应用前景。石墨烯可以作为添加物质与各种材料进行复合，应用到耐高温复合材料领域，用来改善耐高温复合材料的烧结特性、力学及抗热冲击性能。

在石墨烯掺杂碳化硅复合材料方面，目前的制备方法多为将石墨烯粉体与碳化硅复合材料的原料进行机械混合。但由于石墨烯与碳化硅复合材料原料的表面张力相差比较大，二者并不浸润，导致石墨烯在碳化硅复合材料内很容易团聚，无法均匀分散，也就导致无法发挥石墨烯的优异性质。

为了充分发挥石墨烯的优异性质，如何实现石墨烯稳定、均匀掺杂到碳化硅复合材料至关重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何让石墨烯稳定、均匀掺杂到碳化硅复合材料中。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种石墨烯掺杂纤维增韧碳化硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)提供碳纤维预制体；

(2)以聚碳硅烷为先驱体，采用先驱体浸渍裂解法将碳纤维预制体制成多孔碳化硅基体；

(3)将多孔碳化硅基体浸泡在金属盐溶液中，通过烧结、还原，使基体的内外表面吸附有金属颗粒；

(4)利用化学沉积法在步骤(3)制得的材料的金属颗粒上生长石墨烯；

(5)重复步骤(2)至(4)，得到石墨烯掺杂纤维增韧碳化硅复合材料。

优选地，所述金属盐溶液为Cu(NO₃)₂溶液、Fe(NO₃)₃溶液、Ni(NO₃)₂溶液、Zn(NO₃)₂溶液、Co(NO₃)₂溶液中的任一种或多种；

优选地，所述金属盐溶液的浓度为0.001-20mol/L。

优选地，所述先驱体被配制成先驱体浸渍液使用；优选地，采用二乙烯基苯将先驱体配制成先驱体浸渍液；进一步优选地，将聚碳硅烷和二乙烯基苯按照1：(0.6-1)的质量比混合，得到先驱体浸渍液。

优选地，所述多孔碳化硅基体按照如下方法进行制备：

采用先驱体浸渍液对碳纤维预制体进行浸渗，然后将碳纤维预制体置于60-120℃下加热交联1-240min，再在130-160℃下加热交联1-240min，最后在惰性气体的保护下升至1700-1800℃进行裂解，得到所述多孔碳化硅基体。

优选地，所述烧结按照如下方法进行：