0036]实施例1
[0037]以国产PAN基预氧丝制备的预制体为例。
[0038](I)碳化:将国产PAN基预氧丝制备的预制体在高温炉中进行碳化，以氩气为保护气氛，其中氩气流量为100L/h，气压为50kPa，碳化温度为1100 °C，碳化时间为20h，碳化后预制中纤维占预制体的体体积分数为40%。
[0039](2)石墨化:将碳化后的预制体在高温炉中进行石墨化，以氩气为保护气氛，温度为2300°C ;时间为15h，所述氩气气压为lOkPa。
[0040](3)致密化:将预制体置于CVI气相沉积炉中，以氮气为保护气氛，抽真空至10pa以下，以200 °C /h的速率匀速升温，当CVI气相沉积炉中温度升至1000 0C时，分别将甲烷和乙烯用流量计通入CVI气相沉积炉中，将液态萘放入鼓泡瓶中，鼓泡瓶加热至130°C，然后利用鼓泡法，以氢气为载体将萘通入CVI气相沉积炉中，开始分步致密化，具体分三步，每步致密化条件控制如下:
[0041 ] ①Oh?70h阶段内，反应温度为1000°C，气压为16kPa，甲烷与乙烯的流量比为6:1，甲烷与萘的流量比为100:1，甲烷、乙烯和萘的具体流量为150L/h、25L/h、l.5L/h;
[0042]②70h?120h阶段内，反应温度为1100°C，反应器内气压为12kPa，甲烷与乙烯的流量比为8:1，甲烷与萘的流量比为150:1，甲烷、乙烯和萘的具体流量为1501711、18.751711、lL/h；
[0043]③120h?150h阶段内，反应温度为1200°C，反应器内气压为8kPa，甲烷与乙烯的流量比为10:1，甲烷与萘的流量比为200:1，甲烷、乙烯和萘的具体流量为150L/h、15L/h、
0.75L/ho
[0044](4)反应结束后，在氮气保护下将温度降至150°C以下，关闭氮气，开炉得到高织构炭基复合材料。
[0045]实施例1所得高织构炭基复合材料密度为1.72g/cm3，偏光照片如图1所示，右图可看出，材料的密度高、空隙少，测试消光角Ae = 20(Ae> 18,表面热解炭为高织构)，说明实施例I所得复合材料具有高织构炭。
[0046]实施例2
[0047](I)碳化:将国产PAN基预氧丝预制体在高温炉中进行碳化，以氩气为保护气氛，其中氩气流量为100L/h，气压为1kPa，碳化温度为1200°C，碳化时间为35h，碳化后预制体体积分数为35%。
[0048](2)石墨化:将碳化后的预制体在高温炉中进行石墨化，以氩气为保护气氛，温度为2100°C ;时间为20h，所述氩气气压为20kPa。
[0049](3)致密化:将预制体置于CVI气相沉积炉中，以氮气为保护气氛，抽真空至10pa以下，以150 °C /h的速率匀速升温，当CVI气相沉积炉中温度升至1100 0C时，分别将甲烷和乙烯用流量计通入CVI气相沉积炉中，将液态萘放入鼓泡瓶中，鼓泡瓶加热至150°C，然后利用鼓泡法，以氢气为载体将萘通入CVI气相沉积炉中，开始分步致密化，具体分三步，每步致密化条件控制如下:
[0050]①Oh?70h阶段内，反应温度为11000C，气压为20kPa，甲烷与乙烯的流量比为5:1，甲烷与萘的流量比为50:1，甲烷、乙烯和萘的具体流量为150L/h、30L/h、3L/h;
[0051 ]②70h?120h阶段内，反应温度为1200°C，反应器内气压为16kPa，甲烷与乙烯的流量比为6:1，甲烷与萘的流量比为100:1，甲烷、乙烯和萘的具体流量为150L/h、25L/h、1.5L/h；
[0052]③120h?150h阶段内，反应温度为1300 °C，反应器内气压为12kPa，甲烷与乙烯的流量比为8:1，甲烷与萘的流量比为150:1，甲烷、乙烯和萘的具体流量为150L/h、18.75L/h、
lL/ho
[0053](4)反应结束后，在氮气保护下将温度降至150°C以下，关闭氮气，开炉得到高织构炭基复合材料。
[0054]实施例2所得高织构炭基复合材料密度为1.76g/cm3，偏光照片如图2所示，与实施例I相比材料的密度更高、空隙更少，测试消光角Ae = 23(Ae> 18,表面热解炭为高织构)，说明实施例2所得复合材料具有高织构炭。
[0055]综上所述，本发明实施例提供了一种高织构炭基复合材料及制备方法，采用PAN基预氧丝制备的预制体，以甲烷、乙烯和萘新型混合气体为碳源前驱体，配合分步致密化工艺，提高了预制体表面织构化程度，同时也缩短了制备周期，降低成本，还提高了甲烷的碳回收率，制备的高织构炭基复合材料性能优异。
[0056]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高织构炭基复合材料，包括炭基体与增强体，其特征在于，所述增强体为聚丙烯腈基预氧丝制备的预制体，所述炭基体为通过以甲烷、乙烯和萘为碳源的分布致密化过程沉积在所述预制体表面的热解炭。2.—种如权利要求1所述高织构炭基复合材料的制备方法，包括预制体的碳化、石墨化和致密化过程，其特征在于，所述致密化采用以甲烷、乙烯和萘为碳源的分步致密化，分步致密化具体步骤如下: (1)在O?70h阶段，控制反应器温度为900?1100°C，通入保护气体氮气，控制反应器气压为16?20kPa，甲烷与乙烯的流量比为5:1?6:1，甲烷与萘的流量比为:50:1?100:1; (2)在70?120h阶段，控制反应器温度为1100?1200°C，通入保护气体氮气，控制反应器气压为12?16kPa，甲烷与乙烯的流量比为6:1?8:1，甲烷与萘的流量比为:100:1?150:1; (3)在120?150h阶段，控制反应器温度为1200?1300°C，通入保护气体氮气，控制反应器气压为8?12kPa，甲烷与乙烯的流量比为8:1?10:1，甲烷与萘的流量比为:150:1?200:1o3.根据权利要求2所述高织构炭基复合材料的制备方法，其特征在于，所述致密化中采用的反应器为CVI气相沉积炉。4.根据权利要求2所述的高织构炭基复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤(I)前将所述反应器内抽真空至低于lOOPa，并以100?200°C/h的升温速率匀速升温至900?IlOOcC ο5.根据权利要求2所述高织构炭基复合材料的制备方法，其特征在于，所述萘放在鼓泡瓶内通过鼓泡法以氢气为载体通入所述反应器中，其中所述鼓泡瓶加热至130?150°C。6.根据权利要求2所述高织构炭基复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳化采用高温炉，并在氩气保护气氛下进行，其中所述碳化温度为900?1300°C，所述碳化时间为10?50h，所述氩气气压为10?50kPa，流量100L/h，碳化后所述预制体中纤维占预制体的体积分数为30?40 %。7.根据权利要求2所述高织构炭基复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨化采用高温炉，并在氩气保护气氛下进行，其中所述石墨化温度为1600?2300 °C，所述石墨化时间为5?50h，所述氩气气压为5?20kPa。8.根据权利要求2所述高织构炭基复合材料的制备方法，其特征在于，所述致密化结束后，在氮气保护气氛下降温至150°C以下后，关闭氮源，开炉得到所述高织构炭基复合材料。9.根据权利要求2所述高织构炭基复合材料的制备方法，其特征在于，所述预制体采用聚丙烯腈基预氧丝制备。
【专利摘要】本发明涉及一种高织构炭基复合材料及制备方法，所述复合材料包括炭基体和PAN基预氧丝制备的预制体；该复合材料的制备方法包括预制体的碳化、石墨化和致密化，其中所述致密化采用以甲烷、乙烯和萘为碳源的分步致密化，所述分布致密化包括0～70h、70～120h和120～150h三个阶段，控制每阶段的致密化温度、气压和碳源中甲烷、乙烯和萘的流量比，使在预制体表面形成最大织构化程度的热解炭。该制备方法大大缩短复合材料的制备周期，提高织构化程度和甲烷的碳回收率，制备的炭基复合材料性能优异。
【IPC分类】C04B35/83, C04B35/622
【公开号】CN105601311
【申请号】CN201510981581
【发明人】罗瑞盈, 李杨
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月23日