[发明专利]一种快速制备高热导率炭/炭复合材料的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种炭/炭复合材料的制备方法，特别涉及一种短切碳纤维增强的高热导率炭/炭复合材料的快速制备方法。

背景技术：

随着科技的进步和深入发展，高功率密度电子器件的应用越来越广泛，高功率密度电子器件的发展也越来越趋向于小型化、轻量化、集成化。高功率密度器件的集成度越高，其运行过程中产生的热量越多，若这些热量不能及时传导出去，将对电子器件的正常运行及系统的稳定性和可靠性造成严重影响。传统散热材料（铝、铜、银）由于密度大、热膨胀系数高、纯度低等因素的局限性，已逐渐难以适应在高导热环境下的应用要求。高热导率炭/炭复合材料具有密度低、热导率高、热膨胀系数小、高温强度优异（惰性气氛下，炭/炭复合材料的强度随温度升高而升高）等特点，成为目前热管理领域最佳候选材料，能替代传统散热材料（铝、铜、银），广泛应用于航空、航天、电子及核领域。

炭/炭复合材料的热传导在微观层面主要依赖碳原子的晶格振动，与炭材料微晶结构的有序度成正比。在宏观层面，炭/炭复合材料的热传导取决于碳纤维的含量、种类（聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、中间相沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维）及碳纤维束的取向，并受基体炭类型、纤维/基体炭界面的影响。目前国内外学者对提高炭/炭复合材料热导率的研究也主要从以上方面着手。

中国专利“CN102504770B，一种高导热炭/炭复合材料的制备方法”采用缩合多核芳香烃树脂作为粘接剂，以中间相沥青基碳纤维作为增强材料，以沥青作为浸渍剂，采用热模压、炭化、致密化、高温热处理工艺制备出了高导热率的炭/炭复合材料，其室温热导率在288.9～386.3W/m×K之间。中国专利“CN103387406B，一种二维高热导率碳/碳复合材料的制备方法”以中间相沥青基炭布作为增强体，以树脂溶液作为粘接剂，以中温煤沥青作为浸渍剂，采用低温热压成型、常压炭化、高压浸渍煤沥青并常压炭化、石墨化处理的工艺制备出了密度大于1.95g/cm³，室温热导率大于350W/m×K的炭/炭复合材料。中国专利“CN103408315B，一种三维中间相沥青基高热导率碳/碳复合材料及其制备工艺”提出以中间相沥青基碳纤维作为XY向增强体，以高模量碳纤维作为Z向增强纤维，以中间相沥青作为浸渍剂，采用常压与高压浸渍相结合的浸渍方法，通过炭化、石墨化处理制得了密度大于1.95g/cm³，XY向热导率大于340W/m×K的炭/炭复合材料。上述方法中均以连续中间相沥青基碳纤维作为增强材料（中间相沥青基碳纤维的热导率高，轴向热导率>1000W/m×K），但是这种碳纤维主要依赖进口、价格昂贵、纤维编织成型费用也高，使得制备出来的炭/炭复合材料非常昂贵，极大限制了其应用领域的扩展。

中国专利“ZL200310109699.7，一种高导热炭/炭复合材料的制备方法”提出以中间相沥青基短切碳纤维为增强材料，以中间相沥青和煤焦油沥青为粘接剂，采用热模压成型、炭化、致密化、高温处理等一系列常规工艺，制备出了高导热率的短切碳纤维炭/炭复合材料；通过改变短切碳纤维和中间相沥青粘接剂的比例、热模压的温度、压力、时间、高温热处理温度，得到了不同密度的炭/炭复合材料，材料的室温热导率在242-396W/m×K之间。中国专利“ZL200410012434.X，一种快速制备高导热炭/炭复合材料的方法”提出对中间相沥青进行预氧化处理，通过调整中间相沥青基短切碳纤维的长度、碳纤维与中间相沥青粘接剂的比例、中间相沥青中中间相的含量、中间相沥青的预氧化时间、温度等参数，采用集成型、炭化、石墨化为一体的热压烧结工艺，快速制备出了高导热率的中间相沥青基短切碳纤维增强的炭/炭复合材料，其室温热导率在334-420W/m×K之间。上述方法中将中间相沥青基短切碳纤维与中间相沥青按比例混合，采用热压成型工艺，经循环浸渍-炭化、石墨化制得高热导率炭/炭复合材料，但是长度1～10mm的中间相沥青基短切碳纤维易团聚，在中间相沥青中分散不均，造成材料性能分散性大且不稳定。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种以均匀分散的中间相沥青基短切碳纤维为增强体、快速制备高热导率炭/炭复合材料的方法。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种快速制备高热导率炭/炭复合材料的方法，包括以下步骤：

（1）将水和分散剂按照质量百分比为100：（0.1～0.5）的配比进行均匀搅拌，再加入占水质量10-60wt.%的中间相沥青基短切碳纤维进行混合；