[发明专利]用炭纳米纤维增强炭/炭构件的方法

摘要

本发明提供一种用炭纳米纤维增强炭/炭构件的方法，该技术包括三个部分：(1)添加炭纳米纤维的预制体的制备：首先将炭纳米纤维在有机溶液中分散，再使其均匀沉积在炭布表面；其次将含炭纳米纤维的炭布固定在石墨夹具上；(2)预制体的致密化：采用等温化学气相渗积工艺对预制体致密化，沉积500～650小时，使其密度达到1.70－1.75g/cm³；(3)高温热处理：把材料放在真空碳化炉中，在氮气、氩气等气体保护的状态下，以30～50℃/h的升温速率，升温到2000－2300℃，并保温3～5h，即得成品。

主权项

1.一种用炭纳米纤维增强炭/炭构件的方法，其特征在于：该方法包括以下部分：添加炭纳米纤维的预制体的制备、预制体的致密化、高温热处理；其具体步骤为：(1)添加炭纳米纤维的预制体的制备预制体是用炭纳米纤维均匀沉积在表面的平纹炭布叠加而成的，选用的平纹炭布为1K高强I型聚丙烯腈基平纹炭布，炭布在预制体中作为支架，而炭布中的炭纤维作为第一增强体，选用的炭纳米纤维作为第二增强体沉积在炭布表面，炭纳米纤维为平板状、管状或者鱼刺状；预制体中炭纤维的体积含量为40％；a.炭纳米纤维的分散首先，把炭布和炭纳米纤维在真空气氛下干燥；然后，把占炭纤维质量5％-20％的炭纳米纤维分散在有机溶液——甲醇或乙醇中，采用超声波分散，同时进行机械搅拌10-15小时；把炭布平铺在装有有机溶液并将炭纳米纤维分散后的器皿中，在室温下放置10-15小时，由于溶液的挥发作用，使得炭纳米纤维均匀沉积在炭布表面，将炭纳米纤维沉积在炭布表面的过程重复2-5次，得到占炭纤维质量5％-20％的炭纳米纤维沉积在炭布表面；b.预制体的制备把含炭纳米纤维的炭布叠加在自制石墨夹具上，该石墨夹具为空心石墨柱，在石墨柱径向上均匀分布着8-16个圆孔，每层圆孔之间的距离为预制体的厚度，相邻两层炭布的夹角为90度，然后固定；(2)预制体的致密化采用等温化学气相渗积工艺对添加炭纳米纤维的预制体致密化，具体工艺如下：将所制备的预制体放在真空气相沉积炉，升温到950～1200℃，以甲烷、丙烷或天然气等碳氢气体为沉积气源，氮气或氩气等气体为稀释气体，沉积压力为0.5～5kPa；当预制体处在这种环境中，碳氢气体分解出热解碳和废气；热解碳吸附沉积在预制体的空隙、裂纹和纤维表面，而废气通过真空泵排出；通过控制反应气体的压力和流量、反应温度、样品的摆放，得到热解碳结构主要为粗糙层；沉积时间为500-650小时，其密度为1.70-1.75g/cm3；(3)高温热处理对经过致密化的材料进行高温热处理，把材料放在真空碳化炉中，在氮气或氩气等气体保护的状态下，以30～50℃/h的升温速率，升温到2000-2300℃，并保温3～5h，即得成品。