[发明专利]一种高强度组合式炭/炭热压模具的制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度组合式炭/炭热压模具的制备方法，包括以下步骤：a.制备内筒预制体和外筒预制体；b.将内筒预制体和外筒预制体置于沉积炉内制备内筒和外筒；c.制备缠绕层，缠绕后得到内筒+缠绕层的组合体1；d.将组合体1放入炭化炉中进行炭化处理；e.制备组合体2；f.将组合体2进行炭化处理；g.重复上述步骤f，直至组合体2密度＞1.7g/cm³；h.将上述步骤g得到的组合体2放入高温炉中进行高温处理；i.对上述步骤h得到的组合体2进行机械加工，得到高强度组合式炭炭热压模具。与现有技术相比，本发明采用内筒+缠绕层+外筒的组合方式，沉积增密过程中内筒和外筒是分开进行的，增密效率较整体式提高了一倍以上。

技术领域

本发明涉及粉末冶金和陶瓷生产用热压模具技术领域，具体来说是一种高强度组合式炭/炭热压模具的制备方法。

背景技术

粉末冶金和陶瓷生产所采用的热压工艺是一种将模压和烧结相结合的材料成型方法，坯体在高温环境下受到单向或多向的高压力，使坯体在高温高压下反应，使得成品的密度增加，从而得到高效能的材料。常用于制备氮化硅、氮化硼、等陶瓷材料以及难于烧结的金属和合金材料。

常用的热压模具为石墨材料，石墨材料的拉伸强度约20Mpa，因此模具壁厚较厚，且容易发生脆性断裂，轻则影响产品质量，重则造成安全事故。炭/炭复合材料具有较高的力学性能、耐高温性能和抗热震性能，可代替石墨材料应用于热压模具领域。

专利CN112225574A公开了一种高性能炭/炭组合式热压模具的制造方法，它是在炭/炭材料构件单体表面缠绕炭纤维布层制备基本构件，然后对基本构件进行固化、高温和增密处理，制得炭/炭热压模具。该方法的优点在于提高了炭/炭模具的使用寿命，不足之处在于炭纤维布是二维结构，使用过程中容易分层。基于此，本发明研发一种高强度组合式炭/炭热压模具的制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的缺陷，提供一种高强度组合式炭/炭热压模具的制备方法来解决上述问题，该方法采用内筒+缠绕层+外筒的组合方式。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高强度组合式炭/炭热压模具的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、制备内筒预制体和外筒预制体：所述内筒预制体与外筒预制体均是采用炭纤维平纹布或单向布+网胎为循环单元进行针刺得到的；

步骤2、将步骤1中所述内筒预制体和外筒预制体放入沉积炉内，在900-1400℃条件下通入天然气，真空度1000~4000pa条件下沉积200h,得到密度大于1.2g/cm³的内筒和外筒；

步骤3、制备缠绕层：将上述步骤2的内筒外侧环向缠绕炭纤维制得缠绕层，缠绕后得到内筒+缠绕层的组合体1；

步骤4、将上述步骤3得到的组合体1放入炭化炉中，以5~10℃/h的升温速率升至160℃固化，然后以10~20℃/h的升温速率升至800℃进行炭化处理。

步骤5、将上述步骤4处理后的组合体1外表面和外筒内表面进行机械加工，并将组合体1和外筒以紧配合的方式组装在一起，得到组合体2；

步骤6、将上述步骤5得到的组合体2在酚醛树脂或呋喃树脂或沥青中浸渍2-5h，然后以10-15℃/h的升温速率升至800-900℃进行炭化处理；

步骤7、重复上述步骤6，直至组合体2密度＞1.7g/cm³；

步骤8、将上述步骤7得到的组合体2放入高温炉中，在真空度＜100pa的条件下，以10-30℃/h的升温速率升至2000-2300℃，恒温2-8h，进行高温处理；

步骤9、对上述步骤8得到的组合体2进行机械加工，得到高强度组合式炭炭热压模具。