穿刺的炭布的体积含量为10% ; ⑤ 将步骤④中制备的碳纤维预制体置于CVI沉积炉中，在氩气保护下，以10°C/min的 升温速率升温至700°C，保温2小时后通入氢气还原1小时，将氧化石墨烯转换为石墨烯；之 后，停止通入氢气并以l〇°C/min的升温速率继续升温至1000°C，保证CVI沉积炉内的压力 为10kPa，通入甲烷作为碳源气体，并以氩气或者氮气作为稀释气体，进行CVI致密化，制得 炭/炭复合材料； ⑥ 将步骤⑤中得到的炭/炭复合材料进行高温石墨化处理，即得到石墨烯改性高热导 率三维炭/炭复合材料。
[0016] 实施例2: 一种石墨烯改性高热导率三维炭/炭复合材料的制备方法，包括以下步骤： ① 将PAN基平纹或缎纹炭布按要求裁成一定尺寸、规格，并进行表面酸洗处理； ② 将适量的氧化石墨烯置于水溶液或醇类溶液中进行超声分散，氧化石墨烯的浓度为 0. 04mg/mL ③ 用步骤②中所得到的氧化石墨烯的水溶液或醇类溶液对步骤①中的PAN基炭布进 行浸渍，浸渍压力为0. 2MPa，浸渍保压时间为10小时，取出后放入烘箱中烘干； ④ 将步骤③烘干后的PAN基炭布以0°/90°的方式进行叠层，并对叠层后的炭布进行Z 向穿刺，得碳纤维预制体，其中：Z向穿刺的炭布的体积含量为15% ; ⑤ 将步骤④中制备的碳纤维预制体置于CVI沉积炉中，在氩气保护下，以20°C/min的 升温速率升温至800°C，保温2小时后通入氢气还原1小时，将氧化石墨烯转换为石墨烯；之 后，停止通入氢气并以20°C/min的升温速率继续升温至1050°C，保证CVI沉积炉内的压力 为30kPa，通入甲烷作为碳源气体，并以氩气或者氮气作为稀释气体，进行CVI致密化，制得 炭/炭复合材料； ⑥ 将步骤⑤中得到的炭/炭复合材料进行高温石墨化处理，即得到石墨烯改性高热导 率三维炭/炭复合材料。
[0017] 实施例3: 一种石墨烯改性高热导率三维炭/炭复合材料的制备方法，包括以下步骤： ① 将PAN基平纹或缎纹炭布按要求裁成一定尺寸、规格，并进行表面酸洗处理； ② 将适量的氧化石墨烯置于水溶液或醇类溶液中进行超声分散，氧化石墨烯的浓度为 0. 08mg/mL ③ 用步骤②中所得到的氧化石墨烯的水溶液或醇类溶液对步骤①中的PAN基炭布进 行浸渍，浸渍压力为0. 5MPa，浸渍保压时间为15小时，取出后放入烘箱中烘干； ④ 将步骤③烘干后的PAN基炭布以0°/90°的方式进行叠层，并对叠层后的炭布进行Z 向穿刺，得碳纤维预制体，其中：Z向穿刺的炭布的体积含量为20% ; ⑤ 将步骤④中制备的碳纤维预制体置于CVI沉积炉中，在氩气保护下，以30°C/min的 升温速率升温至900°C，保温2小时后通入氢气还原1小时，将氧化石墨烯转换为石墨烯；之 后，停止通入氢气并以25°C/min的升温速率继续升温至1080°C，保证CVI沉积炉内的压力 为50kPa，通入甲烷作为碳源气体，并以氩气或者氮气作为稀释气体，进行CVI致密化，制得 炭/炭复合材料； ⑥ 将步骤⑤中得到的炭/炭复合材料进行高温石墨化处理，即得到石墨烯改性高热导 率三维炭/炭复合材料。
[0018] 实施例4: 一种石墨烯改性高热导率三维炭/炭复合材料的制备方法，包括以下步骤： ① 将PAN基平纹或缎纹炭布按要求裁成一定尺寸、规格，并进行表面酸洗处理； ② 将适量的氧化石墨烯置于水溶液或醇类溶液中进行超声分散，氧化石墨烯的浓度为 0. 08mg/mL ③ 用步骤②中所得到的氧化石墨烯的水溶液或醇类溶液对步骤①中的PAN基炭布进 行浸渍，浸渍压力为0. 5MPa，浸渍保压时间为15小时，取出后放入烘箱中烘干； ④ 将步骤③烘干后的PAN基炭布以0°/90°的方式进行叠层，并对叠层后的炭布进行Z 向穿刺，得碳纤维预制体，其中：Z向穿刺的炭布的体积含量为20% ; ⑤ 将步骤④中制备的碳纤维预制体置于CVI沉积炉中，在氩气保护下，以30°C/min的 升温速率升温至900°C，保温2小时后通入氢气还原1小时，将氧化石墨烯转换为石墨烯；之 后，停止通入氢气并以30°C/min的升温速率继续升温至1100°C，保证CVI沉积炉内的压力 为70kPa，通入甲烷作为碳源气体，并以氩气或者氮气作为稀释气体，进行CVI致密化，制得 炭/炭复合材料； ⑥ 将步骤⑤中得到的炭/炭复合材料进行高温石墨化处理，即得到石墨烯改性高热导 率三维炭/炭复合材料。
[0019] 在实施例1~4中，所制得的石墨烯改性三维炭/炭复合材料的热导率和弯曲强 度如表1所示。
[0020] 表1 :不同工艺制备的石墨烯改性三维炭/炭复合材料的热导率和弯曲强度：
从表1可以看出：通过本发明制备生产的石墨烯改性三维炭/炭复合材料，具有较高的 热导率和弯曲强度，证明本发明能够显著提高三维炭/炭复合材料的热导率，实现三维高 导热炭/炭复合材料的大尺寸、规模化制备。
【主权项】
1. 一种石墨稀改性高热导率三维炭/炭复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步 骤： ① 将PAN基平纹或缎纹炭布按要求裁成一定尺寸、规格，并进行表面酸洗处理； ② 将适量的氧化石墨烯置于水溶液或醇类溶液中进行超声分散； ③ 用步骤②中所得到的氧化石墨烯的水溶液或醇类溶液对步骤①中的PAN基炭布进 行浸渍，取出后放入烘箱中烘干； ④ 将步骤③烘干后的PAN基炭布以0°/90°的方式进行叠层，并对叠层后的炭布进行Z 向穿刺，得碳纤维预制体； ⑤ 将步骤④中制备的碳纤维预制体置于CVI沉积炉中，在氩气保护下，以10~30°C/ min的升温速率升温至700~900°C，保温2小时后通入氢气还原1小时，将氧化石墨烯转换 为石墨烯；之后，停止通入氢气并以10~30°C/min的升温速率继续升温至1000~1100°C， 保证CVI沉积炉内的压力为10~70kPa，通入甲烷作为碳源气体，并以氩气或者氮气作为稀 释气体，进行CVI致密化，制得炭/炭复合材料； ⑥ 将步骤⑤中得到的炭/炭复合材料进行高温石墨化处理，即得到石墨烯改性高热导 率三维炭/炭复合材料。2. 根据权利要求1所述的石墨烯改性高热导率三维炭/炭复合材料的制备方法，其特 征在于：所述步骤②中氧化石墨稀的浓度为0. 02~0. 08mg/mL。3. 根据权利要求1所述的石墨烯改性高热导率三维炭/炭复合材料的制备方法，其特 征在于：所述步骤③中PAN基炭布的浸渍压力为0. 1~0. 5MPa，浸渍保压时间为10~15 小时。4. 根据权利要求1所述的石墨稀改性高热导率三维炭/炭复合材料的制备方法，其特 征在于：所述步骤④中Z向穿刺的炭布的体积含量为10~20%。
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯改性高热导率三维炭/炭复合材料的制备方法，以氧化石墨烯和PAN炭布为原料，通过浸渍的方法在碳纤维表面形成氧化石墨烯膜；在高温、氢气气氛中将氧化石墨烯膜还原成石墨烯，随后进行CVI致密化和石墨化处理，得到石墨烯改性的高热导率三维炭/炭复合材料。本发明工艺简单、操作方便，能够显著提高三维炭/炭复合材料的热导率和弯曲强度，实现三维高导热炭/炭复合材料的大尺寸、规模化制备；本发明还可以根据不同的使用要求，调整Z向穿刺纤维的种类、含量和纤维间距，来扩大三维炭/炭复合材料的使用领域，具有很好的市场价值和应用前景。
【IPC分类】C04B35/83
【公开号】CN105110809
【申请号】CN201510506517
【发明人】张东生, 姚栋嘉, 陈智勇, 吴恒, 孙国栋, 牛利伟
【申请人】河南泛锐复合材料研究院有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月18日