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热梯度化学气相沉积法制备炭/炭复合材料

阅读：412发布：2021-02-23

IPRDB可以提供热梯度化学气相沉积法制备炭/炭复合材料专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种炭/炭复合材料，采用热梯度化学气相沉积方法制备。其特征是用石棉布制作圆筒形预制体，将加工好的石墨粉倒入圆筒形预制体中，将装配好装有石墨粉的石棉筒预制体夹持在热梯度CVI炉的两电极之间，将热梯度CVI炉门关好，抽真空，通入流量为2～3m3/hr的天然气，炉内压强为0.10MPa，预制体中心的温度在8～10小时内由室温升到900～1000℃，然后以沿径向0.25～0.30mm/hr的沉积速度沉积120～180小时，至预制体的表面温度达到1150～1200℃时，停止升温，之后以200～250℃/hr的速度降温至表面温度为150～200℃时，切断电源，关掉天然气，随炉冷却到室温。由于采用石墨粉作增强体来代替炭纤维，所制备炭/炭复合材料表现出各向同性，而且生产成本降低。，下面是热梯度化学气相沉积法制备炭/炭复合材料专利的具体信息内容。

1.一种炭/炭复合材料，其特征在于采用下述方法制备：1)首先利用高纯石墨加工成粒度为300～640μm的石墨粉；2)将石棉布在直径为60～90mm，高度为300～500mm的不锈钢管上缠绕2～3层，上、下端分别用12K的炭纤维缝好；3)用温度70～80℃、体积百分比为40～60％的聚醋酸乙烯水溶液，在缠绕好的石棉布上均匀涂刷一遍，通风处干燥1小时后，再均匀涂刷上述温度、体积百分比的聚醋酸乙烯水溶液一遍，放置在阴凉通风处干燥40～50小时；4)将经过步骤3)处理并已成型的石棉筒从不锈钢管上取下，并把石棉筒修整成规则的圆筒形状；5)加工Φ60～90×Φ6×30mm3的石墨圆环两件，并在其中一个石墨圆环边缘开5mm深6mm宽的槽，将开槽的石墨圆环套在石棉筒的一端，用铁丝将石棉筒沿小槽与石墨圆环绑紧，固定好；6)将Φ6×500mm的金属钼棒插入石墨圆环Φ6的孔中，然后将步骤1)加工的石墨粉倒入带有石墨圆环的石棉筒中，并把另一个石墨圆环盖在石棉筒另一端的上面，压紧；将装配好装有石墨粉的石棉筒预制体夹持在热梯度CVI炉的两电极之间；7)将热梯度CVI炉门关好，抽真空，检查气密性良好的条件下，通入天然气，流量为2～3m3/hr，炉内压强为0.10MPa，预制体中心的温度在8～10小时内由室温升到900～1000℃，然后以沿径向0.25～0.30mm/hr的沉积速度沉积120～180小时，至预制体的表面温度达到1150～1200℃时，停止升温，之后以200～250℃/hr的速度降温至表面温度为150～200℃时，切断电源，关掉天然气，随炉冷却到室温。

说明书全文

热梯度化学气相沉积法制备炭/炭复合材料

技术领域

本发明涉及一种炭/炭复合材料，特别是利用热梯度化学气相沉积方法制备的炭/炭复合材料。

背景技术

炭/炭复合材料是优异的热结构——功能一体化先进复合材料，它综合了炭材料的高温性能和复合材料优异的力学性能，是目前唯一可以用于2800℃高温的复合材料。并且高温下仍能保持其室温时的强度，甚至还有所提高，这是目前工程材料中唯一具有这种特性的材料。其主要性能特点有：磨擦系数稳定、高温下强度和刚度高、耐烧蚀、耐腐蚀、尺寸稳定性高、耐疲劳、抗热震、高导电性、高导热率、低热膨胀系数以及生物相容性等。随着航空航天事业的发展，炭/炭复合材料逐渐成为人们研究的热点，欧美等发达国家已把炭/炭复合材料的研究列入国防关键技术计划。
公知的三维编织炭纤维预制体所制备的炭/炭复合材料工艺复杂，价格昂贵；而采用二维炭纤维织物铺叠法制作的预制体，其制备的炭/炭复合材料通常表现为平行于叠层方向的强度高，垂直于叠层方向上强度明显偏低。就是说二维炭纤维织物铺叠法制作的预制体所制备的炭/炭复合材料也存在着价格昂贵、各向异性的缺点。

发明内容

为了克服现有技术制备炭/炭复合材料成本高，各向异性的缺点，本发明提供一种炭/炭复合材料，它采用热梯度化学气相沉积方法制备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是采用下述方法制备炭/炭复合材料；1)首先利用高纯石墨加工成粒度为300～640μm的石墨粉；2)将石棉布在直径为60～90mm，高度为300～500mm的不锈钢管上缠绕2～3层，上、下端分别用12K的炭纤维缝好；3)用温度70～80℃、体积百分比为40～60％的聚醋酸乙烯水溶液，在缠绕好的石棉布上均匀涂刷一遍，通风处干燥1小时后，再均匀涂刷上述温度、体积百分比的聚醋酸乙烯水溶液一遍，放置在阴凉通风处干燥40～50小时；4)将经过步骤3)处理并已成型的石棉筒从不锈钢管上取下，并把石棉筒修整成规则的圆筒形状；5)加工Φ60～90×Φ6×30mm3的石墨圆环两件，并在其中一个石墨圆环边缘开5mm深6mm宽的槽，将开槽的石墨圆环套在石棉筒的一端，用铁丝将石棉筒沿小槽与石墨圆环绑紧，固定好；6)将Φ6×500mm的金属钼棒插入石墨圆环Φ6的孔中，然后将步骤1)加工的石墨粉倒入带有石墨圆环的石棉筒中，并把另一个石墨圆环盖在石棉筒另一端的上面，压紧；将装配好装有石墨粉的石棉筒预制体夹持在热梯度CVI炉的两电极之间；7)将热梯度CVI炉门关好，抽真空，检查气密性良好的条件下，通入天然气，流量为2～3m3/hr，炉内压强为0.10MPa，预制体中心的温度在8～10小时内由室温升到900～1000℃，然后以沿径向0.25～0.30mm/hr的沉积速度沉积120～180小时，至预制体的表面温度达到1150～1200℃时，停止升温，之后以200～250℃/hr的速度降温至表面温度为150～200℃时，切断电源，关掉天然气，随炉冷却到室温。
本发明相比现有技术的优点在于：由于采用石墨粉作增强体，用石墨粉代替炭纤维，利用热梯度化学气相沉积方法一次成型制备炭/炭复合材料，所制备炭/炭复合材料表现出各向同性，不但使得生产成本降低，而且有效地克服了现有技术炭/炭复合材料在垂直于叠层方向上强度低的缺陷。同时，由于生产成本降低，使得炭/炭复合材料的广泛应用成为可能。这种制备方法可制备不同尺寸大小的圆柱体炭/炭复合材料制件。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

实施例1：首先利用高纯石墨加工成粒度为300μm的石墨粉待用；将石棉布在直径为90mm，高度为500mm的不锈钢管上缠绕2层，上、下端分别用12K的炭纤维缝好。用温度80℃、体积百分比为40％的聚醋酸乙烯水溶液，在缠绕好的石棉布上均匀涂刷一遍，通风处干燥1小时后，重复上述步骤一遍，放置在阴凉通风处干燥40小时。将已成型的石棉筒从不锈钢管上取下，并把石棉筒修整成规则的圆筒形状。加工Φ90×Φ6×30mm3的石墨圆环两件，并在其中一个石墨圆环边缘开5mm深6mm宽的槽。将开槽的石墨圆环套在石棉筒的一端，用铁丝将石棉筒沿小槽与石墨圆环绑紧，固定好。将Φ6×500mm的金属钼棒插入石墨圆环Φ6的孔中，然后将准备好的石墨粉倒入带有石墨圆环的石棉筒中，并把另一个石墨圆环盖在石棉筒另一端的上面，压紧。将装配好装有石墨粉的石棉筒预制体夹持在热梯度CVI炉的两电极之间。将热梯度CVI炉门关好，抽真空，检查气密性良好的条件下，通入天然气，流量为2m3/hr，炉内压强为0.10MPa，预制体中心的温度应在8小时内由室温升到900℃，然后沿径向以0.25mm/hr的沉积速度沉积180小时，至预制体的表面温度达到1150℃时，停止升温，之后以200℃/hr的速度降温至表面温度为150℃时，切断电源，关掉天然气，随炉冷却到室温。
实施例2：首先利用高纯石墨加工成粒度为640μm的石墨粉待用；将石棉布在直径为60mm，高度为500mm的不锈钢管上缠绕3层，上、下端分别用12K的炭纤维缝好。用温度70℃、体积百分比为60％的聚醋酸乙烯水溶液，在缠绕好的石棉布上均匀涂刷一遍，通风处干燥1.5小时后，重复上述步骤一遍，放置在阴凉通风处干燥50小时。将已成型的石棉筒从不锈钢管上取下，并把石棉筒修整成规则的圆筒形状。加工Φ60×Φ6×30mm3的石墨圆环两件，并在其中一个石墨圆环边缘开5mm深6mm宽的槽。将开槽的石墨圆环套在石棉筒的一端，用铁丝将石棉筒沿小槽与石墨圆环绑紧，固定好。将Φ6×500mm的金属钼棒插入石墨圆环Φ6的孔中，然后将准备好的石墨粉倒入带有石墨圆环的石棉筒中，并把另一个石墨圆环盖在石棉筒另一端的上面，压紧。将装配好装有石墨粉的石棉筒预制体夹持在热梯度CVI炉的两电极之间。将热梯度CVI炉门关好，抽真空，检查气密性良好的条件下，通入天然气，流量为3m3/hr，炉内压强为0.10MPa，预制体中心的温度应在10小时内由室温升到1000℃，然后沿径向以0.30mm/hr的沉积速度沉积120小时，至预制体的表面温度达到1250℃时，停止升温，之后以250℃/hr的速度降温至表面温度为250℃时，切断电源，关掉天然气，随炉冷却到室温。
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