[发明专利]一种石英纤维/炭纤维增强炭基复合材料坩埚及其制备方法

权利要求书

1.一种石英纤维/炭纤维增强炭基复合材料坩埚，其特征在于，由石英纤维/炭纤维增强炭基复合材料坩埚预制件经固化定型、化学增密、高温石墨化制备而成；所述化学增密为化学气相沉积增密工艺或树脂或沥青浸渍-碳化增密工艺，所述高温石墨化的处理温度为1300~1800℃；所述预制件包括：中间层（1）、内表面层（2）和外表面层（3）；由面密度180~300g/m²的石英纤维无纬布和/或面密度为30~120g/m²短石英纤维网胎交替叠层针刺成内表面层（2），其表观体积密度为0.3~0.6g/cm³；在所述内表面层（2）的外表面上交替叠层面密度为280~600g/m²的炭纤维平纹布或斜纹布和面密度为80~120g/m²的短纤维网胎层，针刺成整体，得到表观体积密度为0.5~0.8g/cm³的中间层（1）；在中间层（1）表面交替叠层面密度180~300g/m²的石英纤维无纬布和/或面密度为30~120g/m²短石英纤维网胎，针刺成整体，得到外表面层（3）表观体积密度为0.3~0.6g/cm³的预制件；

所述内表面层（2）的厚度为3~10mm；所述内表面层（2）由石英纤维无纬布和短石英纤维网胎针刺而成时，所述石英纤维无纬布和所述短石英纤维网胎的重量比为6∶4~9∶1；

所述中间层（1）的厚度为6~15mm；其中炭纤维平纹布或斜纹布与短纤维网胎层的重量比为9∶1~7∶3；

所述外表面层（3）的厚度为1~6mm；所述外表面层（3）由石英纤维无纬布和短石英纤维网胎针刺而成时，所述石英纤维无纬布和所述短石英纤维网胎的重量比为6∶4~9∶1。

2.权利要求1所述的一种石英纤维/炭纤维增强炭基复合材料坩埚的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、预制件的制备：按重量比将面密度180~300g/m²的石英纤维无纬布和/或面密度为30~120g/m²短石英纤维网胎交替叠层针刺成内表面层（2），其表观体积密度为0.3~0.6g/cm³；在所述内表面层（2）的外表面上按重量比交替叠层面密度为280~600g/m²的炭纤维平纹布或斜纹布和面密度为80~120g/m²的短纤维网胎层，针刺成整体，得到表观体积密度为0.5~0.8g/cm³的中间层（1）；在中间层（1）表面按重量比交替叠层面密度180~300g/m²的石英纤维无纬布和/或面密度为30~120g/m²短石英纤维网胎，针刺成整体，得到外表面层（3）表观体积密度为0.3~0.6g/cm³的预制件；

S2、预制件的固化：将步骤S1制得的预制件内部放入与内表面相适应的内模具，喷淋树脂或有机粘接剂，阴干，在外表面加装与预制件外表面相适应的外模具，送入烘箱中固化定型，定型完成后，降温，脱模，得到坩埚坯；

S3、增密、石墨化处理：将步骤S2制得的坩埚坯采用化学气相沉积增密工艺或树脂或沥青浸渍-碳化增密工艺，把坩埚坯增密到1.4~1.6g/cm³后，进行高温处理，处理温度为1300~1800℃，保温时间3~15小时，加工至设计尺寸，得到石英纤维/炭纤维增强炭基复合材料坩埚。

3.根据权利要求2所述的一种石英纤维/炭纤维增强炭基复合材料坩埚的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述内表面层（2）的厚度为3~10mm；若所述内表面层（2）由石英纤维无纬布和短石英纤维网胎针刺而成时，所述石英纤维无纬布和所述短石英纤维网胎的重量比为6∶4~9∶1。

4.根据权利要求2所述的一种石英纤维/炭纤维增强炭基复合材料坩埚的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述中间层（1）的厚度为6~15mm；其中炭纤维平纹布或斜纹布与短纤维网胎层的重量比为9∶1~7∶3。