[发明专利]一种块体碳增强体/碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种通过固相反应烧结得到的块体碳增强体/碳复合材料及其制备方法。块体碳增强体/碳复合材料，是将纳米金刚石粉体在溶剂中均匀分散后，将碳纤维布通过含有纳米金刚石粉体的料浆容器使之浸渍，然后将浸挂料浆的碳纤维布干燥得到含有金刚石粉体的碳纤维布的预制体，然后按所需规格剪裁，叠层在一起，在保护气氛下施加压力经高温烧结后得到所述碳增强体/碳复合材料。本发明所制备的块体碳增强体/碳复合材料具有高的致密度和良好的力学性能，可用于耐磨材料、电极材料、核能工业等。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种块体碳增强体/碳复合材料及其制备方法。

背景技术

碳材料一直伴随着人类历史发展的进程，从零维富勒烯到一维碳纳米管，再到二维石墨烯，最后到常见的三维碳材料石墨、金刚石，都有着重要的应用。从单一的碳材料到两相甚至多相的碳/碳复合材料越来越备受关注，其应用范围也越来越广。然而，当今碳材料尤其是碳相组成的复合材料其发展的瓶颈是制得的产品相对致密度不是很高，合成方法大都是液相浸渍或气相沉积法制得，生产周期较长，对生长环境要求苛刻。本发明是通过固相反应烧结来制备块体碳增强体/碳复合材料，相比，传统的碳/碳复合材料的制备，生产周期性较短，产品致密度相对提高，制备方法简单，可操作性强，扩大了碳/碳复合材料的应用领域。

发明内容

为了克服现有技术的不足，攻克制备高密度高强度的碳/碳复合材料制备周期较长的难题，本发明提供了一种通过固相反应烧结得到的块体碳增强体/碳复合材料及其制备方法。本发明是将纳米金刚石粉体在溶剂中均匀分散后，将碳纤维布通过含有纳米金刚石粉体的料浆容器中使之浸渍，然后将浸挂料浆的碳纤维布干燥，按所需规格剪裁，叠层在一起，在保护气氛下施加压力经高温烧结后得到所述碳增强体/碳复合材料。

本发明采用的具体技术方案是：

一种块体碳增强体/碳复合材料的制备方法，是先制得复合材料的前驱体，再经过加压烧结转化为块体碳增强体/碳复合材料。

进一步的，所述前驱体：采用金刚石粉体在溶剂中均匀分散后，将表面涂有胶粘剂的碳纤维布通过含有纳米金刚石粉体的料浆容器使之浸渍，然后将浸挂料浆的碳纤维布干燥制得。

进一步的，所述复合材料的前驱体的制备过程包括以下步骤：

(1)金刚石分散液的制备：分别称取2.4～2.6g粒径为80～100nm和0.24～0.26g粒径为40～50nm的经改性处理的金刚石粉体，研磨混合；将研磨后的混合粉体加入50ml溶剂，超声分散20～30min；得到稳定的金刚石分散液；

(2)块体碳增强体/碳复合材料前驱体的制备：将表面涂有胶粘剂的碳纤维布通过配置好的金刚石分散液中使之浸渍，干燥，固化得到含有金刚石粉体的碳纤维布的预制体；

所述步骤(1)中，所述溶剂为无水乙醇。

所述步骤(2)中，所述胶粘剂为环氧树脂胶粘剂。

进一步的，所述的烧结过程为将复合材料的前驱体叠层放置于模具中，在保护气氛下烧结；烧结时对模具施加40～100MPa压力；达到最高烧结温度时，保温2～8min，泄压冷却至室温。高温时，金刚石颗粒经相转变为石墨相，填充在碳纤维布之间的缝隙中，得到致密的块体碳增强体/碳复合材料。

所述模具为石墨模具。

所述保护气氛为氩气。

所述烧结方式为放电等离子体烧结时；升温速率为100～150℃/min。

所述的加压起始温度为900℃。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：