[发明专利]一种钛酸钡掺杂改性碳基复合材料及其制备方法有效

专利信息
申请号: 202011493122.0 申请日: 2020-12-17
公开(公告)号: CN112608163B 公开(公告)日: 2022-02-18
发明(设计)人: 张福勤;王化中;吕波;杨宇;夏莉红 申请(专利权)人: 中南大学
主分类号: C04B35/83 分类号: C04B35/83;C04B35/622;C04B35/628;D04H1/46;D04H1/498
代理公司: 长沙市融智专利事务所(普通合伙) 43114 代理人: 钟丹;魏娟
地址: 410083 湖南*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 一种 钛酸钡 掺杂 改性 复合材料 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种钛酸钡掺杂改性碳基复合材料及其制备方法,所述制备方法为将分散有钛酸钡粉末的混合液,喷洒在单层全网胎纤维的双表面,然后将单层含有钛酸钡粉末的全网胎纤维叠层针刺获得钛酸钡掺杂碳纤维预制体,然后将钛酸钡掺杂碳纤维预制体进行化学气相沉积致密即得钛酸钡掺杂改性碳基复合材料。所制得的钛酸钡掺杂改性碳基复合材料为中心有孔洞的圆柱体。本发明创新性的采用在预制体制备前期就可以达到钛酸钡均匀分散在预制体上的目的。该发明方法简单可控,复合材料中钛酸钡颗粒均匀分布,同时具有成本低廉,原料易得,对纤维无损等特性,适合于规模化生产及应用。

技术领域

本发明属于碳基复合材料制备方法技术领域,特别涉及一种钛酸钡掺杂改性碳基复合材料及其制备方法。

背景技术

从目前碳/碳材料研究情况来看,主要还是应用在航空航天高强材料、摩擦材料和抗烧蚀材料领域,在电子功能材料领域的应用还需要探索。在对碳/碳材料进行应用时,常对其进行改性,如通过添加第二相介质对碳/碳材料进行改性,可以起到两个作用:一、添加第二相介质改善碳/碳复合材料的组织结构,提升其力学、抗烧蚀和摩擦磨损等性能,更好地满足原有领域对材料的需求。二、通过添加第二相介质改性碳/碳复合材料赋予其新的功能性,挖掘探究其在新领域的应用价值。

在用于电子发射领域时,材料需要具有耐高温、耐烧蚀和材料表面微点均匀分置的性质,然而碳碳材料虽然具有耐高温、抗烧蚀和优异的力学特性,然而其电子发射时需要借助材料表面发射微点实现均匀高密度发射的特性。

而钛酸钡不仅适合作为增强体改善碳/碳复合材料组织结构并提升其物理、力学性能,同时其还具有优异的高介电性能和低介电损耗;可能赋予碳/碳材料更好的功能特性,使改性碳碳复合材料应用在发射过程中,能够发射稳定,均匀性好。

目前常用的掺杂方法主要有原位生长法和电泳法,虽然能实现钛酸钡的均匀分散,但是工艺复杂,设备要求较高,引入量较少,同时对纤维也有一定的损伤。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种钛酸钡掺杂改性碳基复合材料及其制备方法。本发明的方法简单可控,复合材料中钛酸钡颗粒均匀分布,同时具有成本低廉,原料易得,对纤维无损等特性,适合于规模化生产及应用。

为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

本发明一种钛酸钡掺杂改性碳基复合材料的制备方法,包括如下步骤:

将分散有钛酸钡粉末的混合液,喷洒在单层全网胎纤维的双表面,然后将单层含有钛酸钡粉末的全网胎纤维叠层针刺获得钛酸钡掺杂碳纤维预制体,然后将钛酸钡掺杂碳纤维预制体进行化学气相沉积致密即得钛酸钡掺杂改性碳基复合材料。

本发明的制备方法,先在单层全网胎纤维的表面喷洒分散有钛酸钡粉末的混合液,然后再通过针刺法获得钛酸钡掺杂碳纤维预制体,通过针刺纤维不仅可以把钛酸钡带入网胎层内部,同时增加了层间结合力。本发明通过编织过程中引入钛酸钡,工艺简单,既实现了钛酸钡在预制体制备过程中的均匀分散,增大了钛酸钡的掺杂量,同时又起到保护纤维结构完整性的作用,最后再利用化学气相沉积法制备得到钛酸钡掺杂改性碳基复合材料。

本发明一种钛酸钡掺杂改性碳基复合材料的制备方法,所述钛酸钡粉末的粒径为100~500nm;优选为300~500nm。

在本发明中,钛酸钡粉末的粒径对最终材料的性能具有一定的影响,若粒径过小,钛酸钡粉末将被沉积形成的热解碳完全包覆,在电子发射中发射性能效果微弱,而若钛酸钡的粒径过大,则附在纤维上的分散性不好。

本发明一种钛酸钡掺杂改性碳基复合材料的制备方法,所述分散有钛酸钡粉末混合液的获取方法为:将钛酸钡粉末加入无水乙醇中,在超声作用下分散,所述超声的功率为300~500w,超声的1~2h。

在实际操作过程中,超声作用下,获得充分分散有钛酸钡粉末的混合液,要立即喷洒于全网胎纤维层。

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