[发明专利]一种碳碳复合结构及其制备方法

说明书

本申请涉及碳碳复合材料技术领域，特别涉及一种碳碳复合结构及其制备方法，方法包括：提供筒状编织模具，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；基于预设编织路径对碳纤维进行编织，至碳纤维层的厚度达到第一预设厚度；在筒状编织模具上形成碳碳预制体结构；将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；对其进行增密、脱模和机械加工处理，得到目标碳碳复合结构；本申请通过使用编织模具对碳纤维进行编织，并经过高温石墨化处理后，形成具有三维交织框架的低密度碳碳复合结构，其可一次性编织至所需厚度，无需多层粘合，避免目标碳碳复合结构在使用过程中产生分层，提高其使用寿命。

技术领域

本申请涉及碳碳复合材料技术领域，特别涉及一种碳碳复合结构及其制备方法。

背景技术

碳/碳复合材料是碳纤维增强碳基体复合材料，具有低密度，高强度、高模量、良好的抗疲劳度、热冲击性能好等一系列优异性能。此外，碳/碳复合材料高温力学性能极佳，随着温度的升高，强度不降反升，有研究表明碳/碳复合材料具有很强的抗疲劳性能，其强度明显优于石墨制品的强度；这使得碳/碳复合材料模具的优异性能使其在热压陶瓷行业应用广泛，逐渐取代石墨制品。

目前国内制备碳/碳复合材料热压陶瓷模具多采用2.5D针刺圆筒预制体为坯体，经化学气象沉积、浸渍等方法增密，这种工艺制作周期长，且内应力释放不完全导致模具在使用过程中出现纵裂现象。也有通过三维编织成型工艺制得预制体坯体，这种方法生产成本高，人力、物力消耗大。且由于现有三维织物技术的局限性，织物尺寸受到限制，厚度有限，织物要达到一定厚度，需将多层织物通过胶类粘合，但粘合后的织物层间结合力较弱，长期使用，会出现分层、开裂，严重影响产品寿命。

因此，亟需提供一种改进碳碳复合结构及其制备方案，以克服上述现存问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请的提供了一种碳碳复合结构及其制备方法，本申请避免碳碳复合结构在使用过程中产生分层，同时保证了碳碳复合结构沿其周向的强度，提高了碳碳复合结构的使用寿命。

本申请公开了一种碳碳复合结构的制备方法，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；

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；

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；

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。

进一步地，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。