[发明专利]一种碳纤维饼复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种碳纤维饼复合材料及其制备方法，本发明利用多枪口喷射成型方法快速制备出碳纤维饼胚料，然后通过压制抽滤方法快速脱除溶剂，在烘箱中固化后，再经过高温碳化和石墨化，以及高温化学纯化方法制备出了碳纤维饼复合材料，得到的碳纤维饼复合材料具有较低的密度(0.10‑0.20g/cm³)、较好的保温性能(0.06‑0.2W/(mK))、较高的纯度(杂质含量5ppm)。

技术领域

本发明涉及碳纤维复合热场材料技术领域，具体涉及一种碳纤维饼复合材料及其制备方法。

背景技术

半导体材料如氮化镓晶体、氮化硅晶体、硅晶体需要在高温下(大于1500℃，甚至达到2200℃)进行晶体生长。现阶段，轻质碳纤维复合热场材料成为这些晶体生长所必须的热场保温材料，可以保证晶体生长热场的温度、温度均匀性、纯洁性等要求。轻质碳纤维复合热场材料以其优异的耐高温性能、低密度、优越的保温性能、纯度高等优点，而广泛应用于氮化镓晶体、氮化硅晶体、硅晶体等晶体生长炉中。碳纤维饼复合材料为半导体晶体生长炉中圆桶等热场材料的上下封口保温材料，因此要保证自身具有优异的保温性能、纯洁度等性能。

现有的碳纤维饼复合材料主要通过液相浸渍-压制固化成型-高温碳化和石墨化-高温纯化等过程，主要存在以下几个方面的问题：(1)在液相浸渍过程中，需要使用大量水溶液，通常碳纤维含量为1％，同时酚醛树脂也要超量使用(在浸渍和后续固化过程中会大量流走，即流胶现象)，因此会产生大量的废液，造成环境污染；(2)固化成型过程中，由于浸渍的树脂中含有大量的水，很难挥发脱除，造成固化缓慢，固化周期常常超过10h以上，固化周期长和能耗较高；(3)高温碳化和石墨化过程中，由于在固化成型过程中酚醛树脂的收缩，容易产生应力集中，容易在碳化和石墨化过程中产生开裂问题；(4)高温纯化过程中，纯粹使用高温处理的方式很难使得碳纤维复合材料中的杂质金属元素渗出，纯化效率较低，能耗较高。

废液污染环境、固化周期长和能耗较高、应力开裂、杂质含量高、保温性差等问题亟待新材料和新方法来解决。

发明内容

本发明的目的是克服现有材料和制备方法的不足之处，提供一种密度小、保温性能好、纯度高的碳纤维饼复合材料。

本发明的另一目的在于提出一种制备工艺简单快速的高效制备碳纤维饼复合材料的方法。

本发明利用多枪口喷射成型方法快速制备出碳纤维饼胚料，然后通过压制抽滤方法快速脱除溶剂，固化后，再经过高温碳化和石墨化，以及高温化学纯化方法制备出了碳纤维饼复合材料，得到的碳纤维饼复合材料具有较低的密度、较好的保温性能、较高的纯度。

本发明采用的技术方案如下所述：

一种碳纤维饼复合材料，所述碳纤维饼复合材料通过以下制备方法制备得到：首先，利用多枪口喷射成型方法快速制备出碳纤维饼胚料，然后通过压制抽滤方法快速脱除溶剂，固化后，再经过高温碳化和石墨化，以及高温化学纯化方法制备得到碳纤维饼复合材料。

所述碳纤维饼复合材料的密度为0.10-0.20g/cm³，导热系数0.06-0.2W/(mK)，杂质含量5ppm。

一种碳纤维饼复合材料，制备碳纤维饼复合材料的原材料组成及其质量份数包括：

短切碳纤维：100份

尼龙纤维：10-50份

聚丙烯粉：5-10份

水溶性酚醛树脂：30-60份

去离子水：30-60份。

其中，所述短切碳纤维由丙烯腈基碳纤维、黏胶基碳纤维或沥青基碳纤维中的一种或几种经过粉碎后得到的短切碳纤维。

所述短切碳纤维材料的长度为1-5mm。