一种多孔碳材料抗氧化涂层的制备方法技术

本发明专利技术提出了一种多孔碳材料抗氧化涂层的制备方法。所述方法包括如下步骤：(1)采用抗氧化前驱体和第一溶剂配制得到抗氧化前驱体溶液；(2)利用所述抗氧化前驱体溶液浸渍所述多孔碳材料；(3)将经浸渍的所述多孔碳材料浸泡在所述第二溶剂中，以利用所述第二溶剂使前驱体沉积在所述多孔碳材料的多孔结构中；(4)将多孔结构中沉积有前驱体的所述多孔碳材料进行干燥并固化；优选的是，所述干燥采用超临界干燥进行；和(5)通过对经干燥固化的所述多孔碳材料进行高温裂解，从而形成所述多孔碳材料抗氧化层。本发明专利技术通过采用溶剂辅助沉积有效地提高了多孔碳材料中抗氧化涂层的均匀性，进而提高了多孔碳材料的抗氧化性能，同时该方法具有工艺简单、适用范围广等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多孔碳材料抗氧化涂层的制备方法。
技术介绍
多孔碳材料具有良好高温稳定性、优异的热辐射阻隔性能、较低的密度等优点，是目前理想的高效轻质隔热材料，在超高温隔热领域具有广阔的应用前景。在实际应用当中，高温有氧环境极易造成多孔碳材料发生严重氧化，进而影响其隔热性能。为满足其在高温隔热领域的应用，亟需提高多孔碳材料的抗氧化性能。通过炭材料表面涂层隔绝氧气是提高炭材料抗氧化性能的有效方法。常用的抗氧化涂层材料包括氮化硼、碳化硅、碳化硼等(材料导报，2004年第18卷第2期，56～58页)，抗氧化涂层的制备方法主要有前驱体浸渍裂解法、化学气相沉积法、物理气相沉积法、溶胶凝胶法和原位反应法等，其中前驱体浸渍裂解法工艺比较成熟，具有工艺简单、易于控制、应用范围广等优点(材料工程，2003年第11期，11～13页)。通常，前驱体浸渍裂解法主要包括以下几个步骤：浸渍、干燥及固化、高温裂解等(中国专利CN103266470 A)。对于传统的前驱体浸渍裂解法，浸渍后干燥过程中，多孔碳材料易出现抗氧化层分布不均匀的现象，降低了多孔碳材料的整体抗氧化性能，也影响抗氧化涂层制备的工艺可控性。另外，由于浸渍干燥过程中溶剂的表面张力作用，容易造成多孔结构出现坍塌，一方面破坏了碳材料的多孔结构，也降低抗氧化涂层的抗氧化效果，而且还可能影响了所制得的材料的均质性、密度、强度、耐热性和隔热性。
技术实现思路
>本专利技术人发现，传统的前驱体浸渍裂解法无法得到分布均匀的抗氧化层很可能是因为重力作用以及干燥中的溶质随溶剂迁移造成的。于是，为了克服现有技术不足，本专利技术人针对多孔炭材料抗氧化涂层制备的前驱体浸渍裂解法进行了改进：利用由抗氧化前驱体和第一溶剂(有时也称为前驱体溶剂)制备的抗氧化前驱体溶液浸渍多孔碳材料后，将经浸渍的多孔碳材料浸泡在不同于所述第一溶剂的第二溶剂中，由此利用第二溶剂置换所述第一溶剂，本专利技术人惊讶地发现，利用第二溶剂辅助抗氧化前驱体在多孔碳材料的微孔结构中沉积成层，可以使抗氧化前驱体快速均匀地沉积并形成均匀的抗氧化层，推测第二溶剂可能是作为抗氧化前驱体的不良溶剂，但能够与前驱体溶剂混溶的缘故。例如，本专利技术可以如下进行：在利用抗氧化前驱体浸渍多孔炭材料后，将其浸泡入大量第二溶剂例如丙酮中，前驱体溶剂在第二溶剂中快速扩散并被第二溶剂取代，使抗氧化前驱体在多孔炭材料的多孔结构表面迅速沉积，从而在多孔炭材料的微观结构表面形成均匀抗氧化前驱体沉积层。然后再进行干燥。干燥时，本专利技术人还又惊讶地发现，如果采用超临界干燥方法进行干燥，可以进一步显著地提高抗氧化层因而提高所得材料的性能，推测可能在超临界状态下溶剂表面张力接近于零，干燥过程中能很好地保持碳材料的多孔结构。本专利技术中的抗氧化前驱体第二溶剂例如乙醇、丙酮均为CO2超临界干燥的常用溶剂，超临界干燥完成后再固化等步骤形成均匀的抗氧化前驱体层，最后通过高温裂解形成抗氧化层。本专利技术提供了一种均匀多孔炭材料抗氧化层的制备方法，有效提高了多孔炭材料高温抗氧化性能，也提高了抗氧化层制备的工艺可控性，另外还能保持材料的均质性、低密度、高的耐热性和隔热性。本专利技术技术解决方案：首先在多孔炭材料的微观多孔结构表面形成均匀抗氧化前驱体层，其中可以通过真空加压利用抗氧化前驱体溶液浸渍使抗氧化前驱体溶液充分浸入多孔炭材料的微观孔结构中，再采用利用第二溶剂使抗氧化前驱体能够均匀地沉积在多孔炭材料的微孔结构表面，然后通过进行干燥(例如超临界干燥)和固化等步骤在多孔炭材料微观多孔结构表面形成均匀的抗氧化前驱体层。最后，高温裂解抗氧化前驱体层，从而得到均匀的抗氧化涂层。更具体地说，本专利技术通过以下技术方案来实现：1.一种多孔碳材料抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)采用抗氧化前驱体和第一溶剂配制得到抗氧化前驱体溶液；(2)利用所述抗氧化前驱体溶液浸渍所述多孔碳材料；(3)将经浸渍的所述多孔碳材料浸泡在所述第二溶剂中，以利用所述第二溶剂使前驱体沉积在所述多孔碳材料的多孔结构中；(4)将多孔结构中沉积有前驱体的所述多孔炭材料进行干燥并固化；优选的是，所述干燥采用超临界干燥进行；和(5)通过对经干燥固化的所述多孔碳材料进行高温裂解，从而形成所述多孔炭材料抗氧化层。2.根据技术方案1所述的制备方法，其特征在于，所述的多孔炭材料选自由炭气凝胶、树脂基碳泡沫、煤基碳泡沫、者沥青基碳泡沫、碳纤维预制体、多孔碳/碳复合材料组成的组。3.根据技术方案1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂选自由环己烷、四氢呋喃、二甲苯、甲苯、苯、乙醚组成的组。4.根据技术方案1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述抗氧化前驱体选自由聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚碳硼烷、聚硅氮硼烷组成的组；优选的是，所述抗氧化前驱体溶液中的所述抗氧化前驱体的质量分数为0.1％～30％。5.根据技术方案1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的所述浸渍采用如下真空加压的方式进行：预抽真空，真空度为-0.1～0MPa；然后在施加0.1～1Mpa的压力下进行浸渍，浸渍时间为0.5～7天。6.根据技术方案1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的所述固化采用如下加压加热固化的方式进行：从室温升温至100～250℃，升温速率为0.5～6℃/分钟，保温时间为2～4小时，固化时的气氛为空气气氛，压力0.1～0.5MPa。7.根据技术方案1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中的高温裂解的条件如下：裂解温度为800～1000℃，升温速率为0.5～6℃/分钟，保温时间为2～4小时，再随炉降温，裂解过程中的气氛为氮气。8.根据技术方案1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二溶剂选自由丙酮和乙醇组成的组。9.根据技术方案1至8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂选自由四氢呋喃和乙醚组成的组，并且所述第二溶剂为乙醇。10.根据技术方案1至8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二溶剂为丙酮。本专利技术的有益效果：本专利技术通过在前驱体浸渍裂解法的浸渍步骤后引入溶剂辅助沉积措施，在多孔炭材料中制备出了均匀的抗氧化层，同时提高了多孔炭材料抗氧化性能。经800℃，1200s下高温有氧环境考核发现，相对于传统前驱体浸渍裂解法，引入溶剂辅助沉积尤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔碳材料抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)采用抗氧化前驱体和第一溶剂配制得到抗氧化前驱体溶液；(2)利用所述抗氧化前驱体溶液浸渍所述多孔碳材料；(3)将经浸渍的所述多孔碳材料浸泡在所述第二溶剂中，以利用所述第二溶剂使前驱体沉积在所述多孔碳材料的多孔结构中；(4)将多孔结构中沉积有前驱体的所述多孔炭材料进行干燥并固化；优选的是，所述干燥采用超临界干燥进行；和(5)通过对经干燥固化的所述多孔碳材料进行高温裂解，从而形成所述多孔炭材料抗氧化层。

【技术特征摘要】
1.一种多孔碳材料抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括
如下步骤：
(1)采用抗氧化前驱体和第一溶剂配制得到抗氧化前驱体溶液；
(2)利用所述抗氧化前驱体溶液浸渍所述多孔碳材料；
(3)将经浸渍的所述多孔碳材料浸泡在所述第二溶剂中，以利用所述
第二溶剂使前驱体沉积在所述多孔碳材料的多孔结构中；
(4)将多孔结构中沉积有前驱体的所述多孔炭材料进行干燥并固化；
优选的是，所述干燥采用超临界干燥进行；和
(5)通过对经干燥固化的所述多孔碳材料进行高温裂解，从而形成所
述多孔炭材料抗氧化层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的多孔炭材料选
自由炭气凝胶、树脂基碳泡沫、煤基碳泡沫、者沥青基碳泡沫、碳纤维预制
体、多孔碳/碳复合材料组成的组。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂选自
由环己烷、四氢呋喃、二甲苯、甲苯、苯、乙醚组成的组。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述抗
氧化前驱体选自由聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚碳硼烷、聚硅氮硼烷组成的组；
优选的是，所述抗氧化前驱体溶液中的所述抗氧化前驱体的质量分数为
0.1％～30...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵英民，贺剑，刘斌，郭慧，张凡，李文静，于新民，孙同臣，张迪，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11