[发明专利]碳基复合材料的界面改性方法

说明书

本发明涉及一种碳基复合材料的界面改性方法，包括步骤：S101：将炭纤维预制体进行热处理，在酸溶液中煮沸，之后清洗、干燥，得到预处理后的炭纤维预制体；S102：以酚醛树脂为主组分溶解于有机溶剂中，制备界面先驱体溶液；S103：将预处理后的炭纤维预制体浸渍于界面先驱体溶液中，之后取出并干燥；S104：将S103处理得到的碳纤维预制体进行升温处理，生成界面层；S105：将S104处理得到的产物采用化学气相渗积法进行处理，直至炭/炭复合材料的密度达到1.70～1.80g/cm³。本发明提供的界面改性方法，有效解决了传统炭/炭复合材料界面结合差，高温下界面失效的缺陷，显著提升了炭/炭复合材料的高温性能。

技术领域

本发明涉及炭/炭复合材料技术领域，具体涉及一种碳基复合材料的界面改性方法。

背景技术

炭/炭复合材料因其优异的力学性能、热学性能和耐摩擦磨损性能而被广泛应用于航空、航天领域，尤其是被用作战略核武器的导弹鼻锥、火箭发动机的喷管喉衬和飞机刹车盘等部件。目前，世界各国均把C/C复合材料作为高温关键材料来研究新一代高推重比航空发动机，因而对炭/炭复合材料的性能提出越来越高的要求。

然而，目前制备的炭/炭复合材料，由于炭纤维表面与炭基体表面均呈惰性，界面结合性能差，从而很大程度上影响了炭/炭复合材料性能的发挥。基于此，对炭/炭复合材料进行合理的界面改性，可使炭/炭复合材料综合性能得到显著提升。

传统界面改性方法主要有纤维表面等离子体辐射改性、液相/气相氧化改性、化学枝接改性等。但该类方法制备得到的界面不均匀，在高温下极易失效，从而不能满足复合材料高温条件下的使用要求。因此，研究一种新型的碳基复合材料的界面改性方法显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种碳基复合材料的界面改性方法。本发明提供的界面改性方法，有效解决了传统炭/炭复合材料界面结合差，高温下界面失效的缺陷，显著提升了炭/炭复合材料的高温性能。

为此，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种炭/炭复合材料的界面改性方法，包括以下步骤：S101：将炭纤维预制体进行热处理，在酸溶液中煮沸，将煮沸后的预制体进行清洗，之后干燥，得到预处理后的炭纤维预制体；S102：以酚醛树脂为主组分溶解于有机溶剂中，制备界面先驱体溶液；S103：将预处理后的炭纤维预制体浸渍于界面先驱体溶液中，之后取出并干燥；S104：将S103处理得到的碳纤维预制体进行升温处理，以生成界面层；S105：将S104处理得到的产物采用化学气相渗积法进行处理，直至炭/炭复合材料的密度达到1.70～1.80g/cm³。

优选地，S101中，酸溶液为硝酸溶液，且硝酸溶液的质量百分浓度为10～30％，煮沸时间为20～60min。

优选地，S101中，热处理在N₂或Ar环境下进行，且热处理的升温程序为：2h升温至500℃并保温2h。

优选地，S102中，界面先驱体溶液中的溶质还包括低熔点无机玻璃粉，有机溶剂选用二甲苯；且界面先驱体溶液的配制方法为：将酚醛树脂与二甲苯按照1:1～2:1的体积比混合，之后于80℃水浴中加热并搅拌均匀；在搅拌均匀后的产物中加入质量百分浓度为5～10％的低熔点玻璃粉，继续搅拌均匀。

优选地，低熔点玻璃粉的熔点为300～500℃，粒度为600～800目。

优选地，S103中，浸渍具体包括：抽真空至-0.1MPa，浸渍0.5h；随后加压至0.1～1.0MPa，浸渍0.5h。

优选地，S104中，升温处理具体包括：以5～10℃/min的速率升温至1000～1200℃并保温2h，随后以500～600℃/h的速率升温至1700～1800℃并保温2h。