一种碳-碳复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合材料和功能材料领域，涉及CVD和CVI及复合材料制备方法。
【背景技术】
[0002]碳/碳复合材料具有低密度(〈2.0g/cm3)、高比强、高比模量、高导热性、低膨胀系数，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，是目前在1650°C以上应用的唯一备选材料，最高理论温度更高达2600°C，因此被认为是最有发展前途的高温材料。尽管碳/碳复合材料有诸多优良的高温性能，目前商用碳/碳复合材料在温度高于400°C会发生氧化反应，导致材料的性能急剧下降。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种碳-碳复合材料的制备方法，以极低松装比(0.005-0.05g/cm3)的碳纳米管为基体材料，采用化学气相渗透技术将碳氢化合物气体分解，使碳原子填充到这种高孔隙度的碳纳米管基体中，将碳纳米管基体中的空隙填满，利用碳纳米管高达600°C以上的抗氧化温度特性，制造出耐高温、高强度、高传导性碳/碳复合材料坯体，再加工成所需零部件，也可将碳纳米管装入模具中，经化学气相渗透工艺填充碳原子后直接制造成碳/碳复合材料零部件。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0005]本发明所述的一种碳-碳复合材料的制备方法，包括以下步骤。
[0006](I)将碳纳米管用气流分散机分散处理，松装比控制在0.001-0.05g/cm3。
[0007](2)用碳纤维编织口袋或模具，将碳纳米管加入其中并封好袋口。
[0008](3)将装有碳纳米管的模具放入化学气相渗透装置中，升温到500-1600°C。
[0009](4)通入碳氢化合物气体，热分解后碳原子进入碳纳米管基体中，填充间隙，碳原子渗透时间保持2-100小时，炉温降至室温后取出。
[0010](5)放入石墨化炉中在2300-3000°C保持2-200小时。
[0011 ] (6)冷却到室温后，取出加工成碳/碳复合耐高温耐腐蚀高强度零部件。
[0012]本发明的产品可裁剪或加工成需要的形状和大小，也可直接制造成特定形状的零部件。本发明充分利用新的工艺方法制造碳纳米管/碳复合材料，方法简单、易行。制备的碳/碳复合材料可充分发挥碳纳米管高强度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀同时具备很好的柔韧性特点，制造的碳纳米管/碳复合材料，具有优良的导电性能、机械性能、耐高温性能，在航空航天、汽车工业、医学等领域，如火箭发动机喷管及其喉衬、航天飞机的端头帽和机翼前缘的热防护系统、飞机刹车盘、耐高温紧固螺栓等众多领域具有重要用途。
【具体实施方式】
[0013]本发明将通过以下实施例作进一步说明。
[0014]以下实施例碳纳米管的来源是按中国专利ZL201210067937.UZL201210304345.7制备的。
[0015]实施例1。
[0016](I)取100克碳纳米管气流分散，松装比控制在0.001g/cm3。
[0017](2 )用碳纤维编织口袋，将碳纳米管加入其中并封好袋口。
[0018](3)将装有碳纳米管的模具放入化学气相渗透装置中，升温到800°C。
[0019](4)通入丙烯气体，丙烯热分解，碳原子进入碳纳米管基体中，填充间隙，碳原子渗透时间保持2小时，炉温降至室温后取出。
[0020](5)放入石墨化炉中在3000°C保持20小时，进行石墨化处理。
[0021](6)冷却到室温后，取出加工成碳/碳复合耐高温耐腐蚀高强度零部件。
[0022]实施例2。
[0023](I)取200克碳纳米管气流分散，松装比控制在0.05g/cm3。
[0024](2)用碳纤维编织好模具，将碳纳米管加入其中并封好。
[0025](3)将装有碳纳米管的模具放入化学气相渗透装置中，升温到1000°C。
[0026](4)通入甲烷气体，甲烷热分解，碳原子进入碳纳米管基体中，填充间隙，碳原子渗透时间保持100小时，炉温降至室温后取出。
[0027](5)放入石墨化炉中在2800°C保持50小时，进行石墨化处理。
[0028](6)冷却到室温后，取出加工成碳/碳复合耐高温耐腐蚀高强度零部件。
[0029]实施例3。
[0030](I)取100克碳纳米管气流分散，松装比控制在0.01g/cm3。
[0031](2)用碳纤维编织模具，将碳纳米管加入其中并封好。
[0032](3)将装有碳纳米管的模具放入化学气相渗透装置中，升温到1200°C。
[0033](4)通入乙炔气体，热分解后碳原子进入碳纳米管基体中，填充间隙，碳原子渗透时间保持200小时，炉温降至室温后取出。
[0034](5)放入石墨化炉中在2900°C保持200小时，进行石墨化处理。
[0035](6)冷却到室温后，取出加工成碳/碳复合耐高温耐腐蚀高强度零部件。
【主权项】
1.一种碳-碳复合材料的制备方法，其特征是包括以下步骤: (1)将碳纳米管用气流分散机分散处理，松装比控制在0.001-0.05g/cm3； (2)用碳纤维编织口袋或模具，将碳纳米管加入其中并封好袋口； (3)将装有碳纳米管的模具放入化学气相渗透装置中，升温到500-1600°C; (4)通入碳氢化合物气体，热分解后碳原子进入碳纳米管基体中，填充间隙，碳原子渗透时间保持2-100小时，炉温降至室温后取出； (5)放入石墨化炉中在2300-3000°C保持2-200小时； (6)冷却到室温后，取出。
【专利摘要】一种碳-碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将碳纳米管用气流分散机分散处理，松装比控制在 0.001-0.05g/cm3；（2）用碳纤维编织口袋或模具，将碳纳米管加入其中并封好袋口；（3）将装有碳纳米管的模具放入化学气相渗透装置中，升温到500-1600℃；（4）通入碳氢化合物气体，热分解后碳原子进入碳纳米管基体中，填充间隙，碳原子渗透时间保持2-100小时，炉温降至室温后取出；（5）放入石墨化炉中在2300-3000℃保持2-200小时；（6）冷却到室温后，取出。本发明方法简单、易行。制备的碳/碳复合材料可充分发挥碳纳米管高强度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀同时具备很好的柔韧性特点，制造的碳纳米管/碳复合材料，具有优良的导电性能、机械性能、耐高温性能。
【IPC分类】C04B35/83, C04B35/622
【公开号】CN104892016
【申请号】CN201510272504
【发明人】孙晓刚, 庞志鹏, 岳立福, 吴小勇, 聂艳艳, 刘珍红
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月26日