[发明专利]纤维表面定向有序组装石墨烯层的高导热陶瓷基复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种纤维表面定向有序组装石墨烯层的高导热陶瓷基复合材料的制备方法，术特征在于原料预处理、浆料配置、有序组装、预制体制备、用化学气相渗透法制备纤维增强预制体的界面层以及陶瓷基体制备，使复合材料相对密度达到85％～95％。以碳纤维为例，本发明所提供的技术方案可以在高效、宏量化制备石墨烯有序组装碳纤维，形成石墨烯碳纤维核壳结构，经编织后可形成石墨烯二维贯通网络结构，或编织成多维预制体直接沉积界面层和基体制备复合材料。本发明的工艺稳定，可重复性高，成本低廉，产率较高，易于宏量化制备有序组装纤维和复合材料。

主权项

1.一种在纤维表面定向有序组装石墨烯层的高导热陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：步骤1：采用酸试剂对石墨烯，在35～100℃下进行表面活化处理0.5～24小时；所述石墨烯与酸试剂之间的质量比为1:40～1:120；步骤2：将预处理的石墨烯、分散剂与溶剂配置成0.1～50mg/mL的溶液，调节pH值至5～10得到浆液；所述分散剂与石墨烯的质量比为0.1～30；步骤3：采用浆纱工艺将步骤2的浆料对纤维进行定向有序石墨烯组装，干燥后得到石墨烯组装后的纤维；所述组装工艺参数为：上浆机干燥箱温度为25～120℃，干燥时间为1～60分钟，浆槽温度为25～120℃，走纱速度为5～30m/min，得到石墨烯界面组装后的纤维；步骤4.预制体制备：将步骤3所得纤维编织成纤维布并叠层制备预制体，或直接编织成多维预制体并采用石墨模具定型；所述2维纤维布的纤维布经密纬密为80～130束/10cm；所述多维预制体为2.5维或3维预制体，或其他维度预制体；所述预制体的制备方法是叠层、编织或针刺；步骤5：采用化学气相渗透法对预制体沉积界面层、陶瓷基体，得到复合材料；将纤维预制件置于高温真空炉中，沉积温度850～1000℃，气氛压力0.1～0.5kPa，丙烯流量30～50mL/min，Ar流量300～500mL/min，沉积50～60h冷却后得到复合材料界面；再将纤维预制件置于高温真空炉中，沉积温度1000～1100℃，气氛压力2～3kPa，H₂与MTS的流量200～500mL/min，Ar流量300～500mL/min，H₂与MTS的摩尔质量比为10:1～50:1，沉积200～230h降温后得到制备好的复合材料。