[发明专利]适用于热压法快速制备的碳碳复合材料平板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种适用于热压法快速制备的碳碳复合材料平板及其制备方法，包括编织碳布、制备胶体、涂胶、叠层、干燥、热压固化、热压碳化、机加工等步骤得到碳碳复合材料平板产品。本发明的制备方法工艺简单、成本低廉、性能优良，相比于其他方法，本发明能够得到均匀性更好，平直度更佳的碳碳复合材料平板，满足高温热工装备和其他高新技术产业对碳碳复合材料板材的需要。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，特别涉及适用于热压法快速制备的碳碳复合材料平板及其制备方法。

背景技术

碳/碳(C/C)复合材料以其低密度、高比强度、良好的热稳定性和导热性能、低热膨胀系数、良好的烧蚀性能，高温下具有良好的力学性能而成为最有前景的热结构材料。目前，碳碳复合材料作为重要的热场材料已经广泛的应用于高温热工装备领域。例如：在真空烧结炉中作为耐脂蜡腐蚀的炉衬材料；在多晶硅铸锭炉内作为耐硅腐蚀的盖板材料；在真空高压气淬炉中作为耐冲蚀的防护材料等等。

当前在制备碳碳复合材料方面主要有两种方式：液相浸渍炭化法、化学气相渗工艺(CVI)或者CVD法。其中，化学气相渗工艺(CVI)不适用于碳/碳复合材料平板的制备，主要原因：一方面现有化学气相渗工艺采用圆筒式加热方式或圆柱式加热方式，碳/碳复合材料坯体置于圆筒内或圆柱周围，在化学气相渗过程中，平板受热会发生翘曲变形，致使产品的平直度难以得到保证。另一方面由于受气相扩散速率和表面反应速率的制约，化学气相渗增密工艺周期长(约300-500h)、碳源气利用效率低(<5％)，致使产品的制备成本高。

中南大学在申请号为CN200810143540.X的发明创造中，提出一种改进的气相沉积(CVD)法，但仍然需要沉积200h。尽管近年来又有热梯度CVI、脉冲CVI、自热CVI、快速定向扩散CVI等工艺，这些工艺在一定程度上降低了碳碳复合材料致密化周期，降低了成本，但同时也存在制品密度均匀性差，组织结构难以控制以及难以制备大尺寸，平板类碳碳复合材料的问题。

液相浸渍炭化法，是在真空条件下将预成型的胚体浸渍在树脂或沥青中5-10h，然后取出固化，再碳化(树脂/沥青体积收缩)，重复工艺，浸渍，固化，碳化，再浸渍，固化，碳化；一般需反复4-7次才能将密度达到1.6-1.75g/cm³，这种方法工艺复杂，周期长，大大影响生产效率。

另外，中国专利CN101913887B公开了一种耐高温炭纤维制品的制备方法及其制品，包括以下步骤：配置胶黏剂、炭纤维预处理、浸胶、烘干、热压、炭化和纯化。该专利方法对生产原料要求更低、生产工艺更简单、生产周期更短、生产成本更低。中国专利申请CN107522499A公开了一种C/C复合材料的制备方法，以单向铺排带状沥青纤维为基体材料，在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂，经一次热压成型再高温碳化、石墨化处理，可以获得C/C复合材料。该方法获得的复合材料具有较低的电阻率1.5μΩ·m和较高的热导率860W/m·K。这两种方法都是先热压成型，再碳化，会使得整个碳碳复合材料内部出现很多孔隙，导致密度降低，力学强度变差。

因此，在当前技术环境和工艺条件下，现有产品难以满足市场对于高性能、力学性能好的碳/碳复合材料板的旺盛需求，仍需一种高性能碳/碳复合材料板的工业制备方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单、操作方便、最终产品的平直度高、力学性能好、工艺周期短，成本较低的碳/碳复合材料平板的制备方法。

为实现以上目的，本发明采用如下的技术方案：