【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种低成本碳/碳复合材料的快速制备方法,属于复合材料领域。
技术介绍
碳/碳复合材料由于具有耐高温、高温力学性能优异、高温尺寸稳定等诸多优点而被广泛应用于航天飞行器的高温部件,如发动机喉衬、喷管、飞行器端头等烧蚀部件。传统的碳/碳复合材料可以通过液相或气相方法制备,其中液相方法主要采用沥青或树脂为前驱体通过反复的加压浸渍、碳化和高温热处理等工序来制备,而气相方法则主要为通过化学气相渗透(CVI)技术将烃类有机气体高温热解后沉积到碳纤维织物中。通常液相法可以获得较高密度的碳/碳复合材料,通过高压(压力可达50MPa以上)致密化其密度可达2.0g/cm3以上;而单纯的CVI方法形成的碳/碳复合材料密度较低,通常低于1.6g/cm3。结合液相方法继续利用高压致密化工艺对CVI方法制备的碳/碳复合材料进行增密,也可以获得密度高于1.8g/cm3以上的碳/碳复合材料。在传统的高致密度碳/碳复合材料的成型过程中,高压致密化工艺是实现材料中大孔填充的关键。正是由于采用了多次低压液相致密化或长时间的CVI工艺和后续多次的液相高压致密化工艺,致使高致密度(1.8g/cm3以上)碳/碳复合材料的制备周期很长,通常不会少于5个月,而且由于采用了高压、甚至超高压致密化设备,材料的制造成本非常高。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题:克服现有高致密度碳/碳复合材料制备周期长、成本高温的问题,提供一种低成本碳/碳复合材料的快速制备方法,实现高致密度碳/碳复合材料的快速、低成本制备。本专利技术技术解决方案:预先对碳纤维织物进行定型,然后采用液相浸渍碳化或化学气相沉积(CV ...
【技术保护点】
一种低成本碳/碳复合材料的快速制备方法,其特征在于步骤包括:(1)采用常压浸渍树脂或沥青并固化、碳化处理或进行短时间化学气相渗透(CVI)致密化来实现碳纤维织物的定型;织物定型过程中通过仿形工装保持其外形,防止织物变形;完成后获得定型碳纤维织物;(2)将定型碳纤维织物采用低压浸渍树脂或沥青并固化后进行碳化处理,或将定型碳纤维织物长时间进行化学气相渗透(CVI)增密,将纤维束内孔隙基本填充,再进行高温热处理,获得低密度碳/碳复合材料;(3)将粒度小于碳纤维束间孔隙尺寸的碳质颗粒通过与液相载体混合,然后真空‑加压浸渍到低密度碳/碳复合材料中纤维束间的孔隙内,形成碳颗粒填充碳/碳复合材料;(4)对碳颗粒填充碳/碳复合材料继续采用低压浸渍树脂或沥青并固化后进行碳化处理,或对碳颗粒填充碳/碳复合材料继续进行长时间化学气相渗透(CVI)致密化和高温热处理,形成高致密度碳/碳复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种低成本碳/碳复合材料的快速制备方法,其特征在于步骤包括:(1)采用常压浸渍树脂或沥青并固化、碳化处理或进行短时间化学气相渗透(CVI)致密化来实现碳纤维织物的定型;织物定型过程中通过仿形工装保持其外形,防止织物变形;完成后获得定型碳纤维织物;(2)将定型碳纤维织物采用低压浸渍树脂或沥青并固化后进行碳化处理,或将定型碳纤维织物长时间进行化学气相渗透(CVI)增密,将纤维束内孔隙基本填充,再进行高温热处理,获得低密度碳/碳复合材料;(3)将粒度小于碳纤维束间孔隙尺寸的碳质颗粒通过与液相载体混合,然后真空-加压浸渍到低密度碳/碳复合材料中纤维束间的孔隙内,形成碳颗粒填充碳/碳复合材料;(4)对碳颗粒填充碳/碳复合材料继续采用低压浸渍树脂或沥青并固化后进行碳化处理,或对碳颗粒填充碳/碳复合材料继续进行长时间化学气相渗透(CVI)致密化和高温热处理,形成高致密度碳/碳复合材料。2.根据权利要求1所述的一种低成本碳/碳复合材料的快速制备方法,其特征在于:步骤(1)、步骤(2)和步骤(4)所述树脂为在高温热解后以碳残留为主的树脂,包括酚醛树脂、糠酮树脂;所述沥青为浸渍剂沥青,可以为煤基、石油基及合成沥青中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种低成本碳/碳复合材料的快速制备方法,其特征在于:步骤(1)所述的常压浸渍过程,为将定型工装固定的碳纤维织物于常压下在液相树脂或熔融的沥青中浸渍的过程;树脂浸渍在常温下进行,树脂的流动性通过溶剂加入量的多少来控制;沥青浸渍则需要在加热形成的沥青液体中进行。4.根据权利要求1所述的一种低成本碳/碳复合材料的快速制备方法,其特征在于:步骤(1)所述仿形工装为固定织物形状,具有开敞性特点的模具、夹板,材质为石墨材料、碳/碳复合材料或金属,其中石墨材料和碳/碳复合材料
\t仿形工装可进一步应用于碳化处理和高温热处理过程,而金属工装仅能进一步用于碳化处理。5.根据权利要求1所述的一种低成本碳/碳复合材料的快速制备方法,其特征在于:步骤(1)所述的短时间进行化学气相渗透(CVI)致密化是指以丙烷、丙烯、甲烷气相热解沉积到碳纤维表面形成薄层热解碳基体的过程,其中致密化时间较短,不超过100h;优化沉积时间为10h~50h。6....
【专利技术属性】
技术研发人员:李同起,张中伟,梅敏,冯志海,
申请(专利权)人:航天材料及工艺研究所,中国运载火箭技术研究院,
类型:发明
国别省市:北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。