一种螺旋微观结构碳纤维增韧陶瓷材料的制备方法与流程

文档序号:20042876发布日期:2020-02-28 12:12阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种螺旋微观结构碳纤维增韧陶瓷材料的制备方法,其特征为该方法包括以下步骤:

(1)制备含氧化石墨烯的层状碳纤维/陶瓷坯体:

①将氧化石墨烯加入到去离子水中,超声分散后,加入碳化硅、硼化锆,搅拌10~15小时后,加入质量分数为0.5%~3%的聚乙烯醇溶液,再搅拌10~15小时后,得到浆料;

其中,体积比为氧化石墨烯∶硼化锆∶碳化硅∶聚乙烯醇=5~20∶30~70∶10~30∶0.5~2.5;浆料中,氧化石墨烯浓度为2~6mg/ml;

②在砂芯过滤装置上放上展纱后的碳纤维单向布,然后加入浆料,使用真空抽滤装置抽滤,得到含氧化石墨烯的碳纤维/陶瓷坯体,最后将坯体裁剪成所需的形状;

其中,展纱后的碳纤维单向布厚度为10~50μm,体积比为碳纤维∶浆料中氧化石墨烯=10~40∶5~20;

(2)放电等离子烧结:

取一定片数的上步得到的含氧化石墨烯的碳纤维/陶瓷坯体,顺次水平叠放形式装入筒状的石墨模具中,每个坯体片的纤维束朝向与前一个坯体片的纤维束朝向均呈逆时针或顺时针固定角度(坯体片的纤维束整体呈螺旋状),然后在真空或氩气惰性气氛保护下进行放电等离子烧结,得到具有螺旋微观结构的含石墨烯的碳纤维/陶瓷材料;

其中,烧结温度为1700℃~1900℃,烧结压力为30mpa~50mpa,烧结时间为3~10min;所述的角度为5°~40°。

2.如权利要求1所述的螺旋微观结构碳纤维增韧陶瓷材料的制备方法,其特征为所述的步骤(2)中含氧化石墨烯的碳纤维/陶瓷坯体的片数优选为100~300片。

3.如权利要求1所述的螺旋微观结构碳纤维增韧陶瓷材料的制备方法,其特征为步骤(1)中所述的硼化锆粉体的纯度>97%,粒径<10μm;碳化硅粉体的纯度>97%,粒径<5μm;氧化石墨烯的纯度>98%,粒径为90μm~110μm。

4.如权利要求1所述的螺旋微观结构碳纤维增韧陶瓷材料的制备方法,其特征为步骤(1)中所述的含氧化石墨烯的碳纤维/陶瓷坯体厚度为2μm~20μm。

5.如权利要求1所述的螺旋微观结构碳纤维增韧陶瓷材料的制备方法,其特征为所述的的步骤(1)中的坯体的形状为圆形、正方形或长方形。

6.如权利要求1所述的螺旋微观结构碳纤维增韧陶瓷材料的制备方法,其特征为所述的碳纤维单向布为经过展纱的碳纤维单向布。

7.如权利要求1所述的螺旋微观结构碳纤维增韧陶瓷材料的制备方法,其特征为所述的展纱包括如下步骤:将一束12k碳纤维用1~3mg/ml的氧化石墨烯在蒸发皿中浸没,然后进行分丝,使碳纤维按照同一个方向均匀排布,将碳纤维展成3~10cm左右的宽度,在电热鼓风干燥箱中40℃~80℃条件下进行干燥2~5小时。

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