[发明专利]一种低密度碳/碳复合筒材制备方法

说明书

技术领域

本发明属于属于碳/碳复合材料设备技术领域，具体涉及一种低密度碳/碳复合筒材的制备方法。

背景技术

碳/碳复合材料主要由碳纤维和碳基体组成，它继承了二者优异的结构和热学性能。其中，低密度碳/碳复合材料在高温下具有良好保温绝热功能，一般密度为0.10g/cm³-0.3g/cm³之间，其碳含量高、可挥发性杂质少，在真空或惰性气体保护下，可靠使用温度高达2800℃，并且长时间使用，具有各项性能指标稳定等特点，已经被广泛的应用到真空炉、单晶硅、多晶硅以及各种宝石生产行业中。

目前，低密度碳/碳复合材料多采用碳毡、石墨毡等叠层复合而成，层间依靠粘接剂粘接而成。然而，低成本的高温粘接剂粘接效果很不理想，使用过程中碳毡、石墨毡之间很容易分层脱落，严重影响使用性能和寿命；一些粘接效果略好的高温粘接剂成本太高，严重制约低密度碳/碳复合材料的工业化推广。近年来，专利CN102134068A、CN102616767A等提供了几种新工艺制备的低密度泡沫碳/碳复合材料，成本较低，但是其强度很差，稍加碰撞既碎，运输和使用难度很高，不易大规模推广。

    因此，研究低密度碳/碳复合材料的先进制备方法，对于扩大低密度碳/碳复合材料应用领域、延长使用寿命、降低生产成本有着至关重要的作用。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的在于提供一种低密度碳/碳复合筒材的制备方法。

为实现上述之目的，本发明采取的技术方案为：

一种低密度碳/碳复合筒材的制备方法，是从内侧至外侧结构为：支撑层+碳毡或石墨毡+拉紧层+碳毡或石墨毡+拉紧层+……+碳毡或石墨毡+拉紧层。其步骤如下：

a.   利用预浸碳纤维布或碳丝缠绕制备支撑层（1）；

b.  在支撑层（1）上涂敷高温粘接剂，然后缠绕碳毡或石墨毡碳毡或石墨毡紧贴支撑层，不能松动，用碳绳缝合接口；

c.   在步骤2）基础上利用预浸碳丝缠绕拉紧层（3），缠绕碳丝张力2-6N，缠绕厚度0.5-3mm；

d.  在步骤3)拉紧层（3）上，再涂敷高温粘接剂，缠绕碳毡或石墨毡（2），碳毡或石墨毡（2）紧贴拉紧层（3），拉紧层（3）厚度为2.3mm-3.5mm，形成预成型体；

e.   将步骤4）预成型体放入固化炉内， 升温至180℃-230℃固化8-12小时，随炉至60℃以下取出，固化过程中保持预成型体低速转动；

f.    将上述固化好的预成型体放入氮气保护炭化炉中，升温至450℃-600℃, 400℃-500℃低温碳化2-4小时；

g.   将步骤6）中得到的预成型体脱去心模，再放入氮气保护炭化炉，升温至900℃-930℃碳化2-4小时；

h.  将步骤7）中获得的预成型体放入高温炉，升温至2000℃-2400℃，石墨化处理2-4小时；

i.     将步骤8）中获得的预成型体机加工成所需产品；

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明低密度碳/碳复合筒材制备方法充分利用支撑层和拉紧层结构优势，拉紧层碳丝的缠绕张力增加了层间分层和脱落阻力，筒材整体具有一定的预紧力，增强筒材抵御外力和变形的能力；制备过程使用普通高温粘接剂，在不增加成本的前提下，有效的提高了低密度碳/碳复合筒材的使用寿命，总体提高了材料利用率。

附图说明

 图1为本发明制备低密度碳/碳复合筒材工艺流程图。

图2为本发明低密度碳/碳复合筒材结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，以下结合附图对本发明的技术方案再作进一步的描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

普通高温粘接剂的制备

用工业乙醇溶解对甲苯磺酸，其中工业乙醇和对甲苯磺酸的重量比为100份:12份，然后搅拌20分钟，接着在搅拌下将100份酚醛树脂和6份硼酸逐渐加入，最后将石墨80份加入溶液中，继续搅拌60分钟后即制得高温粘结剂。

制备低密度碳/碳复合筒材尺寸为：D=1100mm，d=990mm，L=1800mm，厚度55mm。

低密度碳/碳复合筒材制备方法，其步骤是

a. 利用预浸碳纤维布制备支撑层1，缠绕厚度为3mm；