[发明专利]一种高导热C/C-SiC复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种高导热C/C‑SiC复合材料的制备方法，包括以下步骤：采用两级碳化法将中间相沥青碳纤维碳化后编织成碳布，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；将所述三维预制体石墨化处理后，采用热解碳法对所述三维预制体进行增密后，再对所述三维预制体进行石墨化后，采用化学气相反应法对三维预制体进行增密，即得所述三维高导热C/C‑SiC复合材料。

技术领域

本发明属于结构功能一体化复合材料技术领域。具体涉及一种高导热、抗氧化的C/C-SiC复合材料的制备方法。

背景技术

高导热C/C复合材料是由中间相沥青基碳纤维作为增强体制备而成，与聚丙烯腈基碳纤维制备的传统C/C复合材料相比，除了具备优异高温力学性能和轻质高强等特性之外，还具有良好的导热性能，是一种结构功能一体化的新型复合材料，可广泛应用于航空航天领域、核能工业及一些民用工业领域。目前高导热C/C复合材料应用环境多为高温环境和有氧环境，受炭材料本身抗氧化性能差的限制，需要对其进行涂层防护或改性处理。利用SiC改性C/C复合材料是传统聚丙烯腈基C/C-SiC复合材料的主要热防护手段之一；与之相比，高导热C/C-SiC复合材料的制备需要特殊的结构设计和制备过程，主要表面在以下几个方面：首先高导热中间相沥青基碳纤维的模量远高于PAN基碳纤维，通常在800GPa以上，编织工艺性能差，预制体成型时极容易出现纤维损伤而导致最终复合材料的力学性能和导热性能明显降低。同时，由于高导热C/C-SiC复合材料中热解炭的结构和传统的C/C-SiC复合材料不同，热解炭/SiC陶瓷相的界面晚出现热不匹配现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高导热、抗氧化的C/C-SiC复合材料的制备方法。

本发明提供了一种高导热、抗氧化的C/C-SiC复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(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二级炭化得到碳纤维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，即得所述高导热C/C-SiC复合材料。

所述一级碳化的温度为500～700℃。

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。

所述二级碳化的温度为1000～1800℃。

所述碳纤维II的模量为100～300GPa。

所述碳纤维II的强度为1～2GPa。

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。

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％。

所述一级石墨化的温度为2000～2200℃。

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。