[发明专利]一种高导热CNTs定向改性陶瓷基复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种高导热CNTs定向改性陶瓷基复合材料的制备方法，将预制体在高温炉中进行界面层与基体制备，使预制体的相对密度达到30％～70％；利用超短脉冲激光制备陶瓷基复合材料厚度方向定向孔；利用超声分散制成CNTs溶液，结合真空浸渍法封填形成CNTs定向柱；利用CVI法进一步致密预制体，最终获得高导热CNTs定向改性陶瓷基复合材料。该工艺的优点：(1)高导热的CNTs定向柱结构极大地提高了复合材料的厚度方向的热导率；(2)CNTs层间分散结构与CNTs定向柱形成了强大的导热网络，提高复合材料整体导热性；(3)定向孔具有设计性，可根据工程需求设计尺寸、间距及分布，操作简单。

主权项

1.一种高导热CNTs定向改性陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：步骤1、陶瓷基复合材料预制体的制备：将纤维二维依次叠层缝合后，获得体积分数约为25～35％的纤维预制体；将纤维预制件置于高温真空炉中，沉积温度850～1000℃，气氛压力0.2KPa，丙烯流量30ml/min，Ar流量300ml/min，沉积50～60h冷却后制备复合材料界面；再将纤维预制件置于高温真空炉中，沉积1000～1100℃，气氛压力2KPa，H₂与MTS流量200ml/min，Ar流量300ml/min，H₂与MTS的摩尔质量比为10:1，沉积200～230h降温后形成致密度为1.4～2.0g/cm³的复合材料预制体；步骤2：采用超短脉冲激光设备，以波长400～1500nm，脉冲宽度80～500fs，功率5W～20W，在复合材料上加工孔径为0.2mm～1mm的多个微小定向孔；步骤3：按重量百分比将0.1～1.0％的CNTs、1.0～2.5％的去离子水溶剂、0.7～2.5％的酸碱度调节剂和阴离子表面活性剂和95～98％的分散剂，超声分散制成CNTs溶液；所述酸碱度调节剂和阴离子表面活性剂为四甲基氢氧化铵；所述分散剂为曲拉通X‑100；步骤4：采用真空浸渍法，将整个需浸渍的预制体浸泡在CNTs溶液中，加压，烘干，反复浸渍直至定向孔被CNTs封填，直至微小定向孔内形成不透光的定向柱；步骤5：采用化学气相渗透法对改性后的复合材料进行进一步致密化，将预制体置于高温真空炉中，沉积1000～1100℃，气氛压力2KPa，H₂流量200ml/min，Ar流量300ml/min，H₂与MTS的摩尔质量比为10:1，沉积100～120h降温后最终制成高导热CNTs定向改性陶瓷基复合材料，相对密度达到85～95％。