[发明专利]一种高导热C/C-SiC复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种C/C-SiC复合材料的制备方法，其特征在于：

包括以下步骤：

(1)对中间相沥青碳纤维进行一级碳化得到碳纤维I，然后将所述碳纤维I二级碳化得到碳纤维II，将碳纤维II编织成碳布后，采用细编穿刺法，采用PAN基碳纤维在Z向上对碳布进行穿刺，得到三维预制体；

(2)将所述三维预制体进行一级石墨化处理后，采用热解碳法对所述三维预制体进行增密后，得到多孔C/C复合材料骨架I，

(3)对所述多孔C/C复合材料骨架I进行二级石墨化后得到多孔C/C复合材料骨架II，采用化学气相反应法对多孔C/C复合材料骨架II进行增密，即得所述C/C-SiC复合材料；

所述一级碳化的温度为500～700℃；

所述二级碳化的温度为1000～1800℃；

所述一级石墨化的温度为2000～2200℃；

所述二级石墨化的温度为2800～3100℃；

所述化学气相反应法的硅源为SiO蒸汽；

所述硅源由Si粉和SiO₂粉的混合物制备得到；

所述硅源中Si和SiO₂的摩尔比为3∶1～1∶1；

所述化学气相反应法采用的温度为2200℃。

2.如权利要求1所述的一种C/C-SiC复合材料的制备方法，其特征在于：

所述碳纤维I的模量为8～50GPa；

所述碳纤维I的强度为0.30～0.45GPa；

所述碳纤维II的模量为100～300GPa；

所述碳纤维II的强度为1～2GPa。

3.如权利要求1所述的一种C/C-SiC复合材料的制备方法，其特征在于：

所述碳布包括缎纹布；

所述缎纹布包括三，五或八枚缎纹布中的一种；

所述PAN基碳纤维选自T700，T800或M40J中的一种。

4.如权利要求1所述的一种C/C-SiC复合材料的制备方法，其特征在于：

所述三维预制体的Z方向上，PAN基碳纤维的含量为6～8vol％；

所述三维预制体的X方向上，中间相沥青基碳纤维的含量为18～20vol％；

所述三维预制体的Y方向上，中间相沥青基碳纤维的含量为18～20vol％。

5.如权利要求1所述的一种C/C-SiC复合材料的制备方法，其特征在于：

所述一级石墨化的气氛包括氩气；

所述一级石墨化的升温速率为5～10℃/min；

所述一级石墨化的保温时间5～10min。

6.如权利要求1所述的一种C/C-SiC复合材料的制备方法，其特征在于：

所述热解碳法采用的碳源气体包括C3～C5的烷烃、C3～C5的烯烃或天然气中的一种；

所述热解碳法采用的载气为氮气或氩气；

所述热解碳法采用的气压为1～5kPa，

所述热解碳法采用的反应温度为900～1100℃；

所述多孔C/C复合材料骨架I的密度为1.25～1.35g/cm³。

7.如权利要求1所述的一种C/C-SiC复合材料的制备方法，其特征在于：

所述的化学气相反应法包括如下步骤：将所述硅源与所述多孔C/C复合材料骨架II置于密闭环境内于气压小于或等于100Pa的条件下以5～10℃/min的升温速率将所述密闭环境的温度由室温升至1400℃并保温0.5～1h后，向所述密闭环境通入氩气，至气压为1atm+1～5kPa；然后保持气压为1atm+1～5kPa，于氩气气氛，3～5℃/min的升温速率，将所述密闭环境的温度由1400℃升至1850℃，并于1atm+0～5kPa的气压，氩气气氛下保温1～2h；将所述密闭环境的温度由1850℃升至2200℃，保温1～2h，氩气气氛，气压为1atm+0～5kPa；

将所述密闭环境的气压保持为1atm+0～5kPa，氩气气氛下，以0.1～1℃/min的降温速率由2200℃降至1000℃最后自然冷却。

8.如权利要求1所述的一种C/C-SiC复合材料的制备方法，其特征在于：

所述C/C-SiC复合材料的密度大于1.95g/cm³；

C/C-SiC复合材料X或Y向的导热系数为150～250W/(m·K)。