[发明专利]一种碳碳复合材料及其制备工艺与应用

说明书

本发明属于零部件技术领域，具体涉及一种碳碳复合材料及其制备工艺和应用。本发明的制备的碳碳复合材料，按照质量计包括碳纤维20％—36％、气相沉积成碳28％—45％、浸渍成碳26％—48％；本发明碳碳复合材料的制备工艺，包括预制体制备、浸渍剂原料制备、多级增密反应。本发明的碳碳复合材料能在高温和超高温环境中保持常温状态下的力学性能、热物性能和摩擦磨损性能，具有较好的应用前景与市场前景。本发明的制备方法经济效益强，成本低50％，可大批量生产本发明的碳碳复合材料。

技术领域

本发明属于零部件技术领域，具体涉及一种碳碳复合材料及其制备工艺与应用。

背景技术

航天事业发展方兴未艾，对碳碳复合材料的需求与日俱增，是火箭头锥、喉衬、空气舵、喷管的首选材料；刹车盘(片)是飞机、高铁、赛车制动的必备零部件，碳碳复合材料摩擦磨损性能优异，具有轻量化、噪音低、减震性、制动性、安全性好的特点，已经成为本行业生产中急需和渴望的产品。

然而现有的碳碳复合材料制备技术生产周期长，成本高，寿命短，成为制约该材料大规模应用的瓶颈。

因此，急需通过技术创新，形成一整套新的技术方案，能够高效制备高性能、低成本的碳碳复合材料，满足日益增长的市场需求，解决行业痛点。

发明内容

本发明针对现有碳碳复合材料生产周期长，成本高，寿命短等问题，提供一种碳碳复合材料及其制备工艺和应用，本发明能够比传统工艺缩短生产周期40％以上，成本降低50％以上，力学性能提高20％以上，且灰分少，纯度高，在航空航天、半导体等领域具有较好的应用前景与市场前景。本发明的制备方法经济效益强，可高效大批量生产此种碳碳复合材料，能在高温和超高温环境中保持常温状态下的力学性能、热物性能和摩擦磨损性。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种碳碳复合材料，所述碳碳复合材料包括按照质量计包括碳纤维20％—36％、气相沉积成碳28％—45％、浸渍成碳26％—48％。

进一步的，所述碳碳复合材料包括所述的碳纤维25.64％—31.25％、气相沉积成碳33.33％—40.63％、浸渍成碳31.25％—43.59％。

进一步的，所述碳碳复合材料包括碳纤维28％、气相沉积成碳38％、浸渍成碳34％。

进一步的，所述碳纤维为改性碳纤维，所述碳纤维的改性过程为：将碳纤维在含氧小于2％的惰性气体中加热到600～1000℃，保温2.5-3.5h，然后在惰性气体中冷到室温，然后将碳纤维放入浓度为30％-75％浓硝酸氧化1～2小时，用去离子水洗涤至pH＝7之后晾干，最后用浓度为2％～5％的硅烷偶联剂进行涂覆烘干。

进一步的，所述的浸渍成碳由浸渍剂通过反应得到，浸渍剂由乙烯焦油与氢化剂按重量份2:1～3的比例反应后得到的聚合物。

进一步的，氢化剂为四氢萘、四氢喹啉、氢化蒽油、LiAlH4、NaBH4、i-Bu2AlH至少一种。

一种碳碳复合材料的制备工艺，包括预制体制备、浸渍剂原料制备、多级增密反应；

预制体制备包括以下步骤：

S1、坯体制备：按照产品结构将碳纤维编织成三维编织体，得到碳纤维编织体，体积密度为0.3～0.6g/cm³；

S2、化学气相沉积：在密闭反应炉中通入83-88％的天然气、12-17％的氮气，控制炉内压力1-5KPa、温度1050-1150℃、时间70-130h，将碳纤维编织体进行化学气相沉积，得到密度为0.9～1.3g/cm³的拥有气相沉积成碳的预制体；

浸渍剂原料制备：