[发明专利]一种高效、低成本搭配智能控制CVI增密碳纤维预制体的方法

说明书

本发明涉及一种高效、低成本搭配智能控制CVI增密碳纤维预制体的方法。所述制备方法为：将带有孔隙的碳纤维预制体置于沉积炉中；控制碳源气体和稀释气体的体积比为3～5:3；所述碳源气体由天然气和丙烯按体积比小于等于7/3；在1000～1030℃沉积至少20个小时；调整碳源气体和稀释气体的体积比为3～5:3；所述碳源气体由天然气和丙烯按体积比大于7/3且小于等于5；在1040～1070℃继续沉积至少20个小时；调整碳源气体和稀释气体的体积比为1.9～2.5:1；所述碳源气体位为天然气；在1075～1110℃继续沉积至少20个小时；然后随炉冷却，得到产品。本发明所得产品性能优良便于大规模工业化应用。

技术领域

本发明涉及一种高效、低成本搭配智能控制CVI增密碳纤维预制体的方法；属于轨道交通领域制动用碳陶摩擦材料制备技术领域。

背景技术

随着高速列车的发展，高速列车制动材料的市场需求也随之增加，制动材料的性能直接影响着列车行驶速度、制动的平稳性和安全性等等；碳陶摩擦材料目前在国内外备受关注，它具备质量轻、耐高温、吸收能量大、环境适应性强等一系列的优点，化学气相沉积增密碳纤维预制体是制备碳陶摩擦材料的关键步骤，国内外也设计开发了多种气相沉积增密方案(专利文献1)。

专利文献CN201911189208.1中发明了一种以C₃H₆为碳源，N₂为稀释气体增密预制体制备碳陶摩擦材料的方法，其选取0.60±0.02g/cm³的碳纤维预制体， C₃H₆：N₂为1：2，沉积温度980℃，炉压1.0KPa，沉积时间240h，最终密度达到1.35-1.40g/cm³，增密0.75-0.80g/cm³。

现阶段制备碳陶摩擦材料CVI工艺增密过程中大多使用丙烯为碳源，而目前丙烯大多采用罐装需要长距离运输，且价格较天然气更高，在使用的过程中需要频繁的更换气瓶，大大增加了生产成本和加剧了生产操作繁琐程度；其次丙烯的热稳定性差，易裂解，容易在表面结壳堵住开孔影响气相沉积增密效果，往往需要清理结壳再沉积往复几次才能达到增密设计密度要求；加之丙烯的分子量相对较大，在碳纤维预制体中的扩散能力也相对较差，随着沉积时间的增加，气孔孔径大小的不断减小，易造成预制体出现严重的内外梯度密度的情况，最终直接影响出制备出碳陶摩擦材料的性能。于是人们尝试了其他碳源(如专利CN106090 082A、CN108610080A)，如天然气以及天然气和其他有机物的混合碳源；但当单独使用天然气作为碳源时，发现其沉积效率低、制备周期过长；采用混合气体时，也存在表面结壳、沉积次数过多、孔隙分布不均匀、碳源利用率不高等问题。

发明内容

针对现阶段技术中存在的问题，本发明提出一种高效、低成本搭配智能控制CVI增密碳纤维预制体的方法。通过本发明的工艺，可以有效减少表面结壳现象的产生；同时也能通过少次的沉积得到孔隙分布均匀且碳源利用率高的优质成品。

本发明一种高效、低成本搭配智能控制CVI增密碳纤维预制体的方法，包括下述步骤：

步骤一

将带有孔隙的碳纤维预制体置于沉积炉中；控制碳源气体和稀释气体的体积比为3～5:3、优选为5:3；所述碳源气体由天然气和丙烯按体积比为A；所述A 小于等于7/3；在1000～1030℃沉积至少20个小时；

步骤二

调整碳源气体和稀释气体的体积比为3～5:3、优选为5:3；所述碳源气体由天然气和丙烯按体积比为B；所述B大于7/3且小于等于5；在1040～1070℃继续沉积至少20个小时；

步骤三

调整碳源气体和稀释气体的体积比为1.9～2.5:1、优选为2:1；所述碳源气体位为天然气；在1075～1110℃继续沉积至少20个小时；然后随炉冷却，得到产品。