[发明专利]回转体类炭/炭复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种回转体类炭/炭复合材料的制备方法，该方法包括：一、对芯模清洁后铺放脱模布并刷涂脱模剂；二、将连续炭纤维在刷涂脱模剂的芯模上进行缠绕，形成缠绕件；三、将缠绕件进行真空压力浸渍，脱模后经机加处理得到浸渍件；四、对浸渍件的外表面施加定型工装并进行内加压热处理，得到回转体类炭/炭复合材料坯体；五、对回转体类炭/炭复合材料坯体进行强化，得到回转体类炭/炭复合材料。本发明通过引入沥青并采用外定形的内加压热处理工艺和强化处理达到目标产物厚度，增加了回转体类炭/炭复合材料中的炭纤维体积含量，提高了回转体类炭/炭复合材料的性能，缩短了增密周期，提高了回转体类炭/炭复合材料的制备效率。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及回转体类炭/炭复合材料的制备方法。

背景技术

炭/炭复合材料是炭纤维增强炭基体的复合材料,具有高强高模、比重轻、热膨胀系数小、抗腐蚀、抗热冲击、耐摩擦性能好、化学稳定性好等一系列优异性能,是一种新型的超高温复合材料。其中回转体类炭/炭复合材料已以炭/炭坩埚、炭/炭热压模具等产品形式广泛地应用于单晶硅提拉、先进陶瓷热压等民用领域。

尽管炭/炭复合材料具有众多优异的性能，但由于价格昂贵的原因，目前在民用领域主要应用在其它材料难以替代的苛刻工作环境下。炭/炭复合材料制造周期长、成本高的特点很大程度上限制了这种优秀材料在国民经济各领域的广泛应用。近十多年来，在兼顾结构性能的同时，缩短制造周期、降低成本、扩大应用范围成为炭/炭复合材料领域主攻的研究重点。

缠绕/卷绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维(或布带、预浸纱)按照一定规律缠绕/卷绕到芯模上，然后经固化、脱模，获得产品。应用缠绕/卷绕成型工艺获得的炭/炭复合材料具有比强度高、结构可设计性好、生产效率和产品可靠性高、原料成本低的特点。申请号为200610104824.9的专利公开了一种C/C复合材料导电螺纹杆的制备方法，采用“轴向碳纤维棒+碳纤维缠绕/卷绕环向螺纹”预制体，通过化学气相沉积和液相浸渍/炭化等增密手段，最终得到高密度C/C复合材料导电螺纹杆。申请号为201280038583.6的专利公开了一种提高缠绕/卷绕成型复合材料层间结合强度的方法，通过不同层的缠绕/卷绕角度变化，使层间纤维发生镶嵌从而实现层间结合强度的提高。申请号为201310336558.2的专利公开了一种应用缠绕/卷绕成型技术的炭/炭坩埚制作方法，通过将炭纤维在芯模的的表面进行逐层缠绕/卷绕成型，制得坩埚预制体，然后对坩埚预制体进行坩埚固化及坩埚增密处理，最终制得密度≥1.70g/cm³的炭/炭坩埚成品。申请号为201510103863.6的专利涉及一种高强度轻质碳/碳复合材料的制备方法，通过对纤维的预处理和对树脂的混合改性，应用缠绕/卷绕成型工艺所获得的高强度轻质碳/碳复合材料拉伸强度达到800MPa以上，热导率为500W/(m·K)～530W/(m·K)，热扩散率为4.4cm²/s。通过以上专利可以看出，缠绕/卷绕成型炭/炭复合材料能够获得优异的力学性能。同时，在保证性能的同时缩短制备周期进而实现高效制备方面，目前并没有完整的制备方法的相关研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种回转体类炭/炭复合材料的制备方法。该方法制备厚度大于目标产物回转体类炭/炭复合材料厚度的缠绕体，然后引入沥青并采用外定形的内加压热处理工艺和强化处理达到目标产物厚度，从而增加了回转体类炭/炭复合材料中的炭纤维体积含量，提高了回转体类炭/炭复合材料的性能，缩短了后续工艺中的增密周期，进而提高了回转体类炭/炭复合材料的制备效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：回转体类炭/炭复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、芯模准备：采用清洗剂对芯模的外表面进行清洁，然后在清洁后的芯模的外表面铺放脱模布并在脱模布上刷涂脱模剂；

步骤二、碳纤维缠绕：采用缠绕机将连续炭纤维在步骤一中刷涂脱模剂的芯模上进行缠绕，并在芯模上形成缠绕件；所述缠绕件的厚度大于目标产物回转体类炭/炭复合材料的厚度；