C恒溫下通入乙 烧和还原性气体出，进行化学气相沉积15min，然后将制备好的粘结剂(B4C与酪醒树脂比例1 :1)均匀涂于生长有碳纳米管的石墨块粘结表面上，将它们粘结在一起。最后将粘结好的石 墨块从室溫升溫至200°C，加压将粘结部压紧固化6小时，然后将其放入碳化炉中W3°C/min 的速度分别升溫至600/800/1000/1200/1500°C，恒溫碳化2小时。取出后在室溫下测其剪切 强度(测试方法参照GBTl 7517-1998 )，结果见表1。
[0032] 实施例4
[0033] 首先将石墨块粘结面用2000目砂纸打磨光滑平整，然后放入水浴中振荡洗涂干 净，将其干燥备用。再使用表面均匀涂刷法将5wt%的Ni(N〇3)2催化剂水溶液负载于上述的 石墨块粘结表面上，之后把负载好催化剂的石墨块放入Ar气氛沉积炉中，在IOOCTC恒溫下 通入乙烘和还原性气体出，进行化学气相沉积5min，然后将制备好的粘结剂(B4C与酪醒树脂 比例0.8:1)均匀涂于生长有碳纳米管的石墨块粘结表面上，将它们粘结在一起。最后将粘 结好的石墨块从室溫升溫至20(TC，加压将粘结部压紧固化6小时，然后将其放入炭化炉中 W5°C/min的速度分别升溫至600/800/1000/1200/1500°C，恒溫碳化2小时。取出后在室溫 下测其剪切强度(测试方法参照GBT17517-1998)，结果见表1。
[0034] 实施例5
[0035] 首先将碳碳复合材料块粘结面用2000目砂纸打磨光滑平整，然后放入水浴中振荡 洗涂干净，将其干燥备用。再使用真空浸溃法将Iwt%的Ni(N〇3)2和Fe(N〇3)2(质量比为1:1) 催化剂水溶液负载于上述的块粘碳碳复合材料结表面上，之后把负载好催化剂的碳碳复合 材料块放入Ar气氛沉积炉中，在IOOCTC恒溫下通入乙烧和还原性气体出，进行化学气相沉 积5min，然后将制备好的粘结剂(B4C与巧喃树脂比例0.8:1)均匀涂于生长有碳纳米管的碳 碳复合材料块粘结表面上，将它们粘结在一起。最后将粘结好的碳碳复合材料块从室溫升 溫至20(TC，加压将粘结部压紧固化6小时，然后将其放入炭化炉中WStVmin的速度分别升 溫至600/800/1000/1200/1500°C，恒溫碳化2小时。取出后在室溫下测其剪切强度(测试方 法参照GBT17517-1998)，结果见表1。
[0036] 实施例6
[0037] 首先将碳碳复合材料块粘结面用2000目砂纸打磨光滑平整，然后放入水浴中振荡 洗涂干净，将其干燥备用。再使用表面均匀涂刷法将2wt%的Fe(N〇3)2和Co(N〇3)2(质量比为 1:1)催化剂水溶液负载于上述的碳碳复合材料块粘结表面上，之后把负载好催化剂的碳碳 复合材料块放入化气氛沉积炉中，在700°C恒溫下通入甲烧和还原性气体出，进行化学气相 沉积15min，然后将制备好的粘结剂(B4C与酪醒树脂比例1.2:1)均匀涂于生长有碳纳米管 的碳碳复合材料块粘结表面上，将它们粘结在一起。最后将粘结好的碳碳复合材料块从室 溫升溫至200°C，加压将粘结部压紧固化6小时，然后将其放入碳化炉中WStVmin的速度分 别升溫至600/800/1000/1200/1500°C，恒溫碳化2小时。取出后在室溫下测其剪切强度(测 试方法参照GBTl 7517-1998 )，结果见表1。
[003引实施例7
[0039] 首先将碳碳复合材料块粘结面用2000目砂纸打磨光滑平整，然后放入水浴中振荡 洗涂干净，将其干燥备用。再使用真空浸溃法将4wt%的Ni(N〇3)2和C〇(N〇3)2(质量比为1:1) 催化剂水溶液负载于上述的碳碳复合材料块粘结表面上，之后把负载好催化剂的碳碳复合 材料块放入化气氛沉积炉中，在850°C恒溫下通入甲烧和还原性气体此，进行化学气相沉积 15min，然后将制备好的粘结剂(B4C与巧喃树脂比例1:1)均匀涂于生长有碳纳米管的碳碳 复合材料块粘结表面上，将它们粘结在一起。最后将粘结好的碳碳复合材料块从室溫升溫 至20(TC，加压将粘结部压紧固化6小时，然后将其放入碳化炉中WStVmin的速度分别升溫 至600/800/1000/1200/1500°C，恒溫碳化2小时。取出后在室溫下测其剪切强度(测试方法 参照GBT17517-1998)，结果见表1。
[0040] 实施例8
[0041 ]首先将碳块粘结面用2000目砂纸打磨光滑平整，然后放入水浴中振荡洗涂干净， 将其干燥备用。再使用真空浸溃法将3wt%的Ni(N〇3)2、Fe(N〇3)2和Co(N〇3)2(质量比为1:1: 1)催化剂水溶液负载于上述的石墨块粘结表面上，之后把负载好催化剂的碳板放入化气氛 沉积炉中，在l〇〇〇°C恒溫下通入乙烘和还原性气体出，进行化学气相沉积lOmin，然后将制 备好的粘结剂(B4C与巧喃树脂比例1:1)均匀涂于生长有碳纳米管的碳块粘结表面上，将 它们粘结在一起。最后将粘结好的碳块从室溫升溫至200°C，加压将粘结部压紧固化6小时， 然后将其放入碳化炉中W6°C/min的速度分别升溫至600/800/1000/1200/1500°C，恒溫碳 化2小时。取出后在室溫下测其剪切强度(测试方法参照GBT17517-1998)，结果见表1。
[0042] 表1、经历不同高溫碳化的室溫剪切强度(MPa)
[0043]
【主权项】
1. 一种碳纳米管增强碳材料粘结强度的方法，其特征在于通过化学气相沉积法原位合 成碳纳米管于碳材料表面，碳纳米管的存在使粘结剂与碳材料形成"铆接"式结构，从而使 碳材料间粘结强度得到了有效提高。2. 权利要求1所述的碳材料指碳、石墨材料或碳碳复合材料等。3. 权利要求1所述的碳纳米管增强碳材料粘结强度的方法，其基本过程是:将权利要求 2所述的碳材料粘结表面处理与清洁、催化剂负载、原位合成碳纳米管、生长碳纳米管碳材 料的粘接、粘结剂固化及炭化。4. 权利要求3所述的碳纳米管增强碳材料粘结强度方法的基本过程中，所述表面处理 与清洁方法如下:将权利2所述碳材料的粘结面用2000目砂纸打磨光滑平整，然后将粘结面 在水浴中振荡洗涤干净，干燥。5. 权利要求3所述的碳纳米管增强碳材料粘结强度方法的基本过程中，所述催化剂负 载方法如下:将l-5wt%的Ni(N03) 2、Fe(N03)2和Co(N03)2中一种或几种混合物的催化剂水溶 液使用真空浸渍法或表面均匀涂刷法负载于清洁的碳材料粘结面上。6. 权利要求3所述的碳纳米管增强碳材料粘结强度方法的基本过程中，所述原位合成 碳纳米管的方法如下:将负载好催化剂的碳材料放入ArSN 2气氛沉积炉中，在700°C-1000 °(：恒温下通入甲烷、乙烷或乙炔等有机气体中的一种，同时通入还原性气体H2,进行化学气 相沉积5_30min。7. 权利要求3所述的碳纳米管增强碳材料粘结强度方法的基本过程中，所述生长碳纳 米管炭材料的粘接方法如下:将B4C与有机树脂按照(0.8-1.2): 1配制的粘结剂均匀涂于生 长有碳纳米管的炭材料粘结表面上，然后将它们粘结在一起。8. 权利要求7所述的粘结剂粘接方法中，所述B4C的粒径在2.5-5μπι之间，平均粒径为3.5 μπι，有机树脂包括酚醛树脂或呋喃树脂。9. 权利要求3所述的碳纳米管增强碳材料粘结强度方法的基本过程中，所述粘结剂固 化及炭化方法如下:将粘结好的碳材料从室温升温到200°C，加压将粘结部压紧固化6小时， 然后将其放入炭化炉中以3-8 °C/min的速度升温至600-1500 °C，恒温炭化2小时。10. 权利要求1所述的碳纳米管增强碳材料粘结强度的方法，其特征在于经过600-1500 °C高温炭化处理2小时后，其室温剪切强度在8.9-23.5MPa之间。
【专利摘要】一种碳纳米管增强碳材料粘结强度的方法，此方法包括以下五步：1)碳材料粘结表面处理与清洁，2)催化剂负载，3)原位合成碳纳米管，4)生长碳纳米管碳材料的粘接，5)粘结剂固化及碳化。本发明不仅有效的克服了碳纳米管在粘结剂中分散不均匀、易团聚等缺点，而且很好的保持了碳纳米管的结构，避免了机械混合与碳纳米管修饰改性对其结构的破坏。并通过碳纳米管的原位合成形成碳纳米管与碳材料类“铆钉”式结构，有效改善了粘结剂与碳材料的粘结界面，从而大大提高了碳材料间的粘结强度。
【IPC分类】B82Y30/00, C09J161/06, C01B31/02, C09J11/04, C09J161/00
【公开号】CN105668543
【申请号】CN201610021242
【发明人】史景利, 谢震宇, 王冉冉, 马昌, 张海霞
【申请人】天津工业大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月12日