[发明专利]一种碳碳复合结构及其制备方法

权利要求书

1.一种碳碳复合结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：提供筒状编织模具，所述筒状编织模具的周向上的侧壁上设置有多个碳纤维束的编织模具；其中，所述多个碳纤维束间的间隙形成与所述编织模具的预设编织路径，所述碳纤维束的外侧还包覆有包覆层；

S2：在所述编织模具的侧壁上，基于所述预设编织路径对碳纤维进行编织，至形成的碳纤维层的厚度达到第一预设厚度；所述预设编织路径包括第一编织路径、第二编织路径和第三编织路径；所述步骤S2包括：在所述编织模具的侧壁上，将所述碳纤维按照所述第一编织路径、所述第二编织路径和所述第三编织路径在所述碳纤维束上进行交叉编织，至形成的碳纤维层的厚度达到第一预设厚度；其中，第一编织路径为所述碳纤维以第一方向进行编织，第二编织路径为所述碳纤维以第二方向进行编织，第三编织路径为所述碳纤维以所述编织模具的周向进行编织，所述编织模具的周向为第三方向，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向相互交叉；

S3：在所述碳纤维层上喷涂树脂固化剂，静置一段时间，在所述筒状编织模具上形成碳碳预制体结构；其中，碳碳预制体结构的密度为0.7-0.9 g/cm³；

S4：将所述碳碳预制体结构进行高温石墨化处理，得到具有三维交织框架的低密度碳碳复合结构；

S5：对所述低密度碳碳复合结构进行增密、脱模和机械加工处理，至得到第一预设密度的目标碳碳复合结构；所述步骤S5包括：

S51：利用树脂碳靶材对所述低密度碳碳复合结构进行气相沉积；

S52：对气相沉积后得到的碳碳复合结构进行浸渍和碳化处理，至低密度碳碳复合结构的密度达到第二预设密度，得到高密度碳碳复合结构；

S53：对所述高密度碳碳复合结构进行去皮处理，至所述高密度碳碳复合结构厚度为第二预设厚度；

S54：对去皮处理后的所述高密度碳碳复合结构重复执行步骤S52，至所述高密度碳碳复合结构的密度处于预设密度范围；

S55：对所述高密度碳碳复合结构进行高温石墨化处理，得到碳碳复合结构；其中，所述预设密度范围包括所述第一预设密度；

S56：对所述碳碳复合结构进行脱模和机械加工处理，得到第一预设密度的目标碳碳复合结构。

2.根据权利要求1中所述的碳碳复合结构的制备方法，其特征在于，所述碳碳预制体结构的重量=，所述碳碳预制体结构的体积=πt(D+t)，所述碳碳预制体结构的密度=；其中，D为筒状编织模具的直径，h为筒状编织模具的高度，d1为碳纤维的直径，d2为多个碳纤维束组成结构的直径，t为碳碳预制体结构的厚度，m为碳纤维的重量，k为碳纤维层中每个单元层的厚度。

3.根据权利要求1中所述的碳碳复合结构的制备方法，其特征在于，所述第一预设密度和所述预设密度范围均为1.5g/cm³-1.7g/cm³，所述第二预设密度为1.2g/cm³-1.5g/cm³。

4.根据权利要求1中所述的碳碳复合结构的制备方法，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向上编织的碳纤维与第三方向上编织的碳纤维的分布比例为（4-3）：（6-7）。

5.根据权利要求1中所述的碳碳复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

将静置后的碳碳复合结构预制体进行高温石墨化处理，所述包覆层经高温石墨化处理去除，所述碳纤维束形成沿所述碳纤维束的长度方向的支撑部，得到具有三维交织框架的低密度碳碳复合结构。

6.根据权利要求5中所述的碳碳复合结构的制备方法，其特征在于，所述碳纤维的直径为6.5-11mm，具有所述包覆层的碳纤维束的直径为2-5mm。

7.根据权利要求1中所述的碳碳复合结构的制备方法，其特征在于，所述碳纤维层的外径为550-600mm，所述第一预设厚度为100-150mm，所述碳纤维层的高度1000-1500mm；所述碳纤维层的体积密度为0.7-0.8g/cm³。

8.一种碳碳复合结构，其特征在于，采用如权利要求1-7任意一项所述的碳碳复合结构的制备方法制得。