技术领域
本发明属于碳碳复合隔热材料技术领域，具体涉及一种抗氧化碳碳复合隔热材料的制备方法，是直接用在真空及惰性气体保护的高温炉内，能在1000-2500℃的温度下稳定使用，尤其是多晶硅铸锭炉及单晶硅直拉炉热场必不可少的隔热材料。本发明属于高温节能领域。
背景技术：
碳碳复合隔热材料具有耐高温、刚性好、加工性好等特点，被广泛应用于航空航天、通讯光纤、新能源、高性能陶瓷制造、晶体生长领域，而随着新能源光伏产业的发展，当前多晶铸锭炉及单晶炉热场的隔热材料，又广受关注成为一个热点。
碳碳复合隔热材料现阶段应用比较多的领域是多晶硅炉领域以及单晶硅炉领域。高温炉在使用的过程中为了提高其应用效率，经常在400℃甚至更高的温度开炉，开炉后空气进入，非常容易造成碳碳复合隔热材料的氧化，最终导致保温材料的使用寿命降低，有时半年就会更换一次，增加了成本同时也会影响生产效率。因此碳碳复合隔热材料的抗氧化性能就成为碳碳复合隔热材料的一个非常重要的性能指标。
通过在碳碳复合隔热材料表面涂覆一层耐高温抗氧化涂层是比较有效的方法，但是现阶段这方面的研究还比较少；并且并不是每一种耐高温涂层都适合在晶硅炉中使用，因为耐高温涂层有时候会溢出进入硅晶材料中，进而影响硅晶材料的发电效率。现阶段在碳碳复合隔热材料表面涂覆一层碳化硅材料是改善其抗氧化性能的非常有效的方法，但是这种方法并不能保证每一根碳纤维都能被碳化硅材料所包覆，因此制备一种能够完全包覆碳纤维材料的碳化硅涂层成为一个非常重要的研究领域。
因碳化硅3.2的比重及高的升华温度（约2700℃），碳化硅很适合作为高温炉的原料。在任何已能达到的压力下，它都不会熔化，且具有相当低的化学活性。因此用碳化硅粉进行包覆碳纤维的方法非常难实现。本文使用碳化硅前驱体的方法制备碳化硅涂层， 从而提供一种抗氧化碳碳复合隔热材料的制备方法。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种能够完全包覆碳碳复合隔热材料的碳化硅涂层，提高碳碳复合隔热材料的抗氧化性能。即提供一种抗氧化碳碳复合隔热材料的制备方法。
一种抗氧化碳碳复合隔热材料是以碳纤维隔热毡材料作为胚体，胚体经过浸渍聚硅烷前驱体、辐照交联、浸渍酚醛树脂、高温烧结等步骤制得的抗氧化碳碳复合隔热材料。
一种抗氧化碳碳复合隔热材料的制备方法，其抗氧化碳碳复合隔热材料的制备过程如下：
(1) 选择碳纤维隔热毡材料：本发明以一种耐高温碳纤维隔热毡作为坯体材料，其纤维配向各向异性X-Y平面与Z向纤维份数比为50-250：1，其克重为500 g/m2-900 g/m2，厚度为1 cm；
(2) 碳化硅前驱体材料溶液的配制：利用Wurtz耦合法制备的聚碳硅烷作为制备碳化硅的前驱体材料，将其溶解在二甲苯溶剂中，其浓度为10%，其中聚硅烷的结构为-((R1)Si（R2）)m-((R3)Si（R4）)n-，其中R1-R4为-H，-CH2，-CH=CH2或C6H5；
(3) 碳化硅前驱体浸渍碳纤维隔热毡材料：将隔热毡材料放入上述配制好的碳化硅前驱体材料溶液中浸渍30分钟后取出，在真空烘箱中真空干燥1小时，干燥温度为100℃；隔热毡材料与碳化硅前驱体材料溶液的质量比为1：1；
（4）辐照交联处理：将（3）中制得的材料用聚乙烯塑料袋塑封后，在电子加速器下传动辐照50 kGy-100 kGy，电子加速器的的能量为2MeV，10mA；
(5) 浸渍酚醛树脂材料：将（4）中辐照处理过的碳纤维毡使用酚醛树脂溶液进行浸渍，其中酚醛溶液为酚醛乙醇溶液，酚醛的固含量为30-40%；碳纤维毡与酚醛树脂的质量比为1：1-1.5；浸渍在常温下把通过比例计算的液体浸渍剂喷浸在坯体材料即可，喷浸一定要均匀；
（6）干燥：（5）中浸渍好的纤维毡放在真空设备中通过负压的方式，把乙醇吸收后回收，控制乙醇含量在5%以下；干燥后的样品挂于铁丝网架上待用，储存温度低于30℃；
（7）装模压制固化：在模具中贴好离型纸，再把（6）中浸渍好的坯体材料整齐的装入模具中，后把模具放到30T型压机中进行一次性成型压制；压力为0.625kgf/cm2；带压固化，固化温度室温到175℃，固化时间3-6小时；推荐以每小时升温50℃从常温升到175℃，然后冷却到50℃以下，从压机中取出；
（8）高温烧结：步骤（7）固化好的中间产品装入高温烧结炉，每块中间产品利用高密度碳碳材料进行限位控制，在10-8000Pa压力下，以75℃/h升温到400℃，然后25℃/h升温到500℃，500℃保温2小时，然后以每小时25-100℃的升温速率达到2400℃，在高温下进行净化处理，制成金属杂质含量在200ppm以内的碳碳复合隔热材料；所述的升温速率建议：25℃/h从500℃升温到600℃，30℃/h到750℃，在750℃恒温2小时，然后40℃/h升温到950℃，50℃/h升温到1200℃，55℃/h升温到1500℃，60℃/h升温到1800℃，70℃/h升温到2000℃，75℃/h升温到2200℃，80℃/h升温到2400℃，2400℃保温1小时后停止加热，自然降温到室温后出炉。
上述步骤（2）中的前驱体材料一定要选择好，尽量选择含有碳碳双键的官能团，以利于辐照交联结构的形成。
上述步骤（4）中的辐照样品一定要放在聚乙烯塑封袋中，防止辐照过程中氧气的渗入，同时传动辐照保证及时散热，辐照剂量也要控制好，控制交联程度。
上述步骤（7）中30T压机为改制的多层热压机。压制工艺为一次性压制成所需的厚度（如50mm厚碳碳复合隔热材料是一次性压制成53mm后烧结收缩而成）。一次可以压制3块以上的2000mm*2000mm*53mm的固化产品。
上述步骤（7）中的中间产品一定要用高密度碳碳限位块进行控制，控制产品的均匀性，同时有利于材料的受热均匀性。
上述步骤（8）的高温处理可对酚醛树脂进行碳化及石墨化。随着温度的升高酚醛逐步被碳化，通过碳纤维表面的粗糙结构，碳化后的酚醛碳材料可以很好的和碳纤维进行耦合，最终在2400℃下石墨化而制成一种高强轻质碳碳复合隔热材料。
在高温烧结的过程中通过电子束辐照交联的聚硅烷就会转化为碳化硅材料包覆在碳纤维表面，起到抗氧化的效果，同时高温石墨化可以提高碳材料的抗氧化性能，以上抗氧化方法可以极大提高材料的抗氧化性能，材料的使用寿命可以从1年提高到2年以上。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明做进一步的详细描述。但本发明不仅限于下列实施例。
实施例1
一种抗氧化碳碳复合隔热材料的制备方法，其抗氧化碳碳复合隔热材料的制备过程如下：
(1) 选择碳纤维隔热毡材料：本发明以一种耐高温碳纤维隔热毡作为坯体材料，其纤维配向各向异性X-Y平面与Z向纤维份数比为50-250：1，其克重为600 g/m2，厚度为10mm；
(2) 碳化硅前驱体材料溶液的配制：利用Wurtz耦合法制备的聚碳硅烷作为制备碳化硅的前驱体材料，将其溶解在二甲苯溶剂中，其浓度为10%；其中聚硅烷的结构为-((R1)Si（R2）)m-((R3)Si（R4）)n-，其中R1-R4为-H，-CH2，-CH=CH2或C6H5；
(3) 碳化硅前驱体浸渍碳纤维隔热毡材料：将隔热毡材料放入上述配制好的碳化硅前驱体材料溶液中浸渍30分钟后取出，在真空烘箱中真空干燥1小时，干燥温度为100℃；隔热毡材料与碳化硅前驱体材料溶液的质量比为1：1；
（4）辐照交联处理：将（3）中制得的材料用聚乙烯塑料袋塑封后，在电子加速器下传动辐照50 kGy，电子加速器的的能量为2MeV，10mA；
(5) 浸渍酚醛树脂材料：将（4）中辐照处理过的碳纤维毡使用酚醛树脂溶液进行浸渍，其中酚醛溶液为酚醛乙醇溶液，酚醛的固含量为30%；碳纤维毡与酚醛树脂的质量比为1：1；浸渍在常温下把通过比例计算的液体浸渍剂喷浸在坯体材料即可，喷浸一定要均匀；
（6）干燥：（5）中浸渍好的纤维毡放在真空设备中通过负压的方式，把乙醇吸收后回收，控制乙醇含量在5%以下；干燥后的样品挂于铁丝网架上待用，储存温度低于30℃；
（7）装模压制固化：在模具中贴好离型纸，再把（6）中浸渍好的坯体材料整齐的装入模具中，后把模具放到30T型压机中进行一次性成型压制。压力为0.625kgf/cm2；带压固化，固化温度室温到175℃，固化时间3小时；推荐以每小时升温50℃从常温升到175℃，然后冷却到50℃以下，从压机中取出；
（8）高温烧结：步骤（7）固化好的中间产品装入高温烧结炉，每块中间产品利用高密度碳碳材料进行限位控制，在10-8000Pa压力下，以75℃/h升温到400℃，然后25℃/h升温到500℃，500℃保温2小时，以25℃/h从500℃升温到600℃，30℃/h升温到750℃，在750℃恒温2小时，然后40℃/h升温到950℃，50℃/h升温到1200℃，55℃/h升温到1500℃，60℃/h升温到1800℃，70℃/h升温到2000℃，75℃/h升温到2200℃，80℃/h升温到2400℃，2400℃保温1小时后停止加热，自然降温到室温后出炉。
实施例2
一种抗氧化碳碳复合隔热材料的制备方法，其抗氧化碳碳复合隔热材料的制备过程如下：
(1) 选择碳纤维隔热毡材料：本发明以一种耐高温碳纤维隔热毡作为坯体材料，其纤维配向各向异性X-Y平面与Z向纤维份数比为50-250：1，其克重为800 g/m2，厚度为10 mm；
(2) 碳化硅前驱体材料溶液的配制：利用Wurtz耦合法制备的聚碳硅烷作为制备碳化硅的前驱体材料，将其溶解在二甲苯溶剂中，其浓度为10%；其中聚硅烷的结构为-((R1)Si（R2）)m-((R3)Si（R4）)n-，其中R1-R4为-H，-CH2，-CH=CH2或C6H5；
(3) 碳化硅前驱体浸渍碳纤维隔热毡材料：将隔热毡材料放入上述配制好的碳化硅前驱体材料溶液中浸渍30分钟后取出，在真空烘箱中真空干燥1小时，干燥温度为100℃；隔热毡材料与碳化硅前驱体材料溶液的质量比为1：1；
（4）辐照交联处理：将（3）中制得的材料用聚乙烯塑料袋塑封后，在电子加速器下传动辐照60kGy，电子加速器的的能量为2MeV，10mA；
(5) 浸渍酚醛树脂材料：将（4）中辐照处理过的碳纤维毡使用酚醛树脂溶液进行浸渍，其中酚醛溶液为酚醛乙醇溶液，酚醛的固含量为40%；碳纤维毡与酚醛树脂的质量比为1：1.5；浸渍在常温下把通过比例计算的液体浸渍剂喷浸在坯体材料即可，喷浸一定要均匀；
（6）干燥：（5）中浸渍好的纤维毡放在真空设备中通过负压的方式，把乙醇吸收后回收，控制乙醇含量在5%以下；干燥后的样品挂于铁丝网架上待用，储存温度低于30℃；
（7）装模压制固化：在模具中贴好离型纸，再把（6）中浸渍好的坯体材料整齐的装入模具中，后把模具放到30T型压机中进行一次性成型压制；压力为0.625kgf/cm2；带压固化，固化温度室温到175℃，固化时间3小时；推荐以每小时升温50℃从常温升到175℃，然后冷却到50℃以下，从压机中取出；
（8）高温烧结：步骤（7）固化好的中间产品装入高温烧结炉，每块中间产品利用高密度碳碳材料进行限位控制，在10-8000Pa压力下，以75℃/h升温到400℃，然后25℃/h升温到500℃，500℃保温2小时，以40℃/h从500℃升温到750℃，在750℃恒温2小时，然后40℃/h升温到950℃，50℃/h升温到1200℃，60℃/h升温到到1800℃，70℃/h升温到2200℃，80℃/h升温到2400℃，2400℃保温1小时后停止加热，自然降温到室温后出炉。