[发明专利]碳纤维预制体内部的高单位生成量碳化硅纳米线及制备方法

说明书

本发明涉及一种碳纤维预制体内部的高单位生成量碳化硅纳米线及制备方法，首先在碳纤维的表面制备碳层，用于修复碳纤维的表面缺陷，然后在修复缺陷后的碳纤维预制体内部制备树叶状CaP层，通过双步电沉积的方法控制树叶状CaP层覆盖碳纤维预制体内部的每根碳纤维表面，然后对树叶状CaP层进行表面修饰，使得树叶状CaP层的表面呈现毛绒状三维孔隙结构，之后采用溶胶‑凝胶法和热处理相结合的方法制备碳化硅纳米线。本发明方法制备的碳纤维预制体内部碳化硅纳米线的单位生成量为30％‑40％，显著高于文献报道的数值(5％‑10％)。

技术领域

本发明属于碳化硅纳米线及制备方法，涉及一种碳纤维预制体内部的高单位生成量碳化硅纳米线及制备方法。

背景技术

碳化硅纳米线具有缺陷少、高强度、良好的形貌设计性等优异性能，因此常被用作增强材料，被广泛应用于提高树脂基、陶瓷基、碳基等复合材料的力学性能。溶胶-凝胶法与热处理相结合的方法制备碳化硅纳米线是以正硅酸乙酯前驱体溶液为硅源，碳材料为碳源，经过溶胶化、凝胶化和高温热处理等步骤制备碳化硅纳米线。该方法可以使得碳化硅纳米线生长在材料内部，并且比较均匀的分布于材料的空隙中。研究人员已经采用该方法在碳纤维预制体的内部制备碳化硅纳米线，进而采用热解碳进行致密化，从而制备出碳化硅纳米线增强C/C复合材料，实现了对C/C复合材料的强韧化。研究发现碳化硅纳米线的引入可以提高C/C复合材料的压缩强度、剪切强度、弯曲强度、疲劳强度等力学性能。但是研究发现力学性能提升的幅度较小，其原因在于，在碳纤维预制体内部制备碳化硅纳米线时，碳化硅纳米线的单位生成量较小，因而使得没有生成足够量的碳化硅纳米线，由此导致力学性能提升的幅度较小。

文献1“Hongjiao Lin,Hejun Li,Qingliang Shen,et al.3C-SiC nanowires in-situ modified carbon/carbon composites and their effect on mechanical andthermal properties[J].Nanomaterials,2018,894(8):1-13.”报道了采用溶胶-凝胶法与热处理相结合的方法在碳纤维预制体的内部制备了碳化硅纳米线，进而采用热解碳进行致密化，从而制备出碳化硅纳米线增强C/C复合材料，结果发现碳化硅纳米线的引入提高了C/C复合材料的压缩强度和层间剪切强度。

上述研究在碳纤维预制体的内部制备出了碳化硅纳米线，但是碳纤维预制体内部碳化硅纳米线的单位生成量仅仅为5％-10％，该单位生成量数值较小。本发明中单位生成量的定义为：(碳化硅纳米线的生成质量÷碳纤维预制体的质量)×100％。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种碳纤维预制体内部的高单位生成量碳化硅纳米线及制备方法，提高碳纤维预制体内部碳化硅纳米线的单位生成量。

技术方案

一种碳纤维预制体内部的高单位生成量碳化硅纳米线，其特征在于：碳纤维预制体内部设有树叶状CaP层，树叶状CaP层的表面呈现毛绒状三维孔隙结构，碳化硅纳米线充于碳纤维预制体的内部；所述树叶状CaP层覆盖碳纤维预制体内部的每根碳纤维表面。

一种制备所述碳纤维预制体内部的高单位生成量碳化硅纳米线的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将碳纤维预制体置于化学气相沉积炉中，在温度为900-1000℃，以0.5-1.5L/min流量通入甲烷，以0.6-1.0L/min流量通入氩气，沉积5-20分钟，所得产品标记为A；

步骤2：将产品A完全浸没于溶液B中，以石墨片作为阳极，以产品A为阴极，首先在两电极之间施加电压1-2V，施加此电压的时间为1-5分钟，然后改变电压为9-10V，施加此电压的时间为10-15分钟，所得产品标记为C；