本发明专利技术公开了一种利用热梯度化学气相沉积工艺制备炭／炭复合材料厚壁板材，采用下述方法制备：用高纯石墨按设计要求加工成圆台石墨体（１）和板状石墨体（２），将圆台石墨体（１）与板状石墨体（２）装配在一起作为石墨发热体，在板状石墨体（２）表面固定放置板状炭毡预制体（３），经过热梯度化学气相沉积，在８０～２６７小时内，得到炭／炭复合材料厚壁板材，这种制备方法不采用机械加工直接制备出厚度为２０～８０ｍｍ，密度达１．７２～１．７８ｇ／ｃｍ↑［３］的板状炭／炭复合材料。由于采用正压沉积，提高了沉积工艺的安全性和稳定性，而且制作过程简单，生产成本低。可根据用户要求制备出不同尺寸大小的厚壁板状炭／炭复合材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种炭/炭复合材料厚壁板材，特别涉及利用热梯度化学气相沉积方法制备炭/炭复合材料厚壁板材。
技术介绍
炭/炭复合材料综合了炭材料的高温性能和复合材料优异的力学性能，其主要性能特点有耐烧蚀、耐腐蚀、化学惰性、耐核辐射、断裂韧性、耐疲劳、抗热震、高导电性、高导热率、低热膨胀系数、磨擦系数稳定、高温下强度和刚度高以及生物相容性等。炭/炭复合材料是目前唯一可以用于2800℃高温的复合材料。并且高温下仍能保持其室温时的强度，甚至还有所提高，这是目前工程材料中唯一能保持这种特性的材料，已经被广泛地应用于航空、航天及民用工业领域，如导弹的再入头锥，固体火箭发动机喷管，航天飞机结构件，隔热板，民用飞机、军用飞机、高级轿车、重型汽车、高速列车、赛车的刹车盘，以及人工骨骼、关节、心脏瓣膜、牙齿等生物材料。公知的等温化学气相沉积法制备炭/炭复合材料制件，仅局限于圆环形或筒形制件，对于板状制件的制备则是采用圆形制件机械加工而成，造成了人力、物力、财力和时间的大量浪费。对于厚壁板材，等温化学气相沉积在沉积过程中还会发生闭孔现象，壁厚方向制件密度梯度较大，无法保证板材密度的均匀性，而且制备方法复杂、制备周期长，制备成本高。
技术实现思路
为了克服现有技术不能直接制备炭/炭复合材料厚壁板材的缺点，本专利技术提供一种炭/炭复合材料厚壁板材，采用热梯度化学气相沉积方法，不用机械加工可直接制备出炭/炭复合材料厚壁板材。本专利技术的技术方案是采用下述方法制备炭/炭复合材料厚壁板材1)首先取高纯石墨，分别加工成圆台石墨体1二件和板状石墨体2一件，将圆台石墨体1与板状石墨体2装配在一起作为石墨发热体；2)按设计厚度剪裁针刺炭毡预制体3，并经2000℃的高温处理1小时待用；3)在天然石墨粉中加入30％～40％、水温为70℃～80℃的水，与体积百分比为3％～5％的聚醋酸乙烯均匀调制成石墨粉乳液，均匀涂抹在板状石墨体2的两个面积较大的表面，自然凉干；4)将板状石墨体2用六～八层硫酸纸紧紧包裹，并在接口处用聚醋酸乙烯乳胶封住； 5)把经高温处理过的炭毡预制体3紧贴放在经过处理的板状石墨体2两个面积较大的表面中央，用12～24K的炭纤维固定；6)将经过方法5)处理的炭毡预制体3及石墨发热体放入热梯度化学气相沉积炉内，并夹持在沉积炉的两个电极之间；7)通入天然气，接通电源，在2～3小时内将炉温由室温升高到900～950℃，沉积80～267小时，然后以100～120℃/hr的速度将炉温降到250～300℃时，关掉电源，切断天然气，自然冷却到室温，即得炭/炭复合材料厚壁板材。制备过程所通入天然气的流量控制在5～6m3/hr，炉内压强0.13MPa，沉积区域向低温面移动的速度控制在0.25mm～0.30mm/hr，沉积区域的温度保持在900～950℃。所述的炭/炭复合材料厚壁板材的厚度为20～80mm，密度为1.72～1.78g/cm3。本专利技术相比现有技术的优点在于由于采用了热梯度化学气相沉积方法制备炭/炭复合材料厚壁板材，用板状石墨作为发热体，可在短时间内按设计要求直接制备出炭/炭复合材料厚壁板材，不用机械加工，所制备的炭/炭复合材料厚壁板材的厚度可达20～80mm，密度达1.72～1.78g/cm3，板材密度均匀性好。由于采用正压沉积，提高了沉积工艺的安全性和稳定性，制备方法简单、制备周期短，制备成本低。下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术石墨发热体与炭毡预制体装配示意2是本专利技术的实物照片图中1-圆台石墨体 2-板状石墨体 3-炭毡预制体具体实施方式实施例1参见图1。取高纯石墨，分别加工成体积为Φ270×80(mm3)圆台石墨体1二件和体积为660×270×20(mm3)板状石墨体2一件，分别在每个圆台石墨体1的一端中央加工成长×宽×深为80mm×20mm×30mm的槽，将圆台石墨体1与板状石墨体2装配在一起作为石墨发热体；将472×230×20(mm3)的两块针刺炭毡预制体3经2000℃高温处理1小时待用。在天然石墨粉中加入40％、水温为80℃的水，与体积百分比为5％的聚醋酸乙烯均匀调制成粘稠的石墨粉乳液，将配制好的石墨粉乳液均匀涂抹在板状石墨体的两个660×270(mm2)表面上，自然凉干。将板状石墨体2用六层硫酸纸紧紧包裹，并在接口处用聚醋酸乙烯乳胶封住。分别将两块经高温处理的炭毡预制体3紧贴放在板状石墨体的两个660×270(mm2)表面中央。然后沿炭毡预制体3的四个边缘在板状石墨体2上用电钻打孔，孔径Φ3mm，每个边缘各钻四个孔。用12K的炭纤维穿过Φ3mm的小孔把两块炭毡预制体3固定在板状石墨体2的两个660×270(mm2)表面上。上述工作完成后，将装配好的石墨发热体及炭毡预制体3放入热梯度化学气相沉积炉内，并夹持在沉积炉的两电极之间。通入天然气，接通电源，在2小时内将炉温由室温升高到900℃。天然气流量为5m3/hr。随沉积过程的进行，逐渐加大输入电功率，以保持沉积区域的温度为900℃，沉积区域向低温面移动的速度控制在0.25mm/hr，沉积80小时。然后以100℃/hr的速度将炉温降到300℃时，关掉电源，切断天然气，自然冷却到室温。这样就制得了厚度为20mm、密度达1.78g/cm3的板状炭/炭复合材料厚壁板材。其成品如图2所示。实施例2取高纯石墨，分别加工成体积为Φ270×80(mm3)圆台石墨体1二件和体积为660×270×20(mm3)板状石墨体2一件，分别在每个圆台石墨体1的一端中央加工成长×宽×深为80mm×20mm×30mm的槽，将圆台石墨体1与板状石墨体2装配在一起作为石墨发热体；将472×230×80(mm3)的两块针刺炭毡预制体3经2000℃高温处理1小时待用。在天然石墨粉中加入30％、水温为70℃的水，与体积百分比为3％的聚醋酸乙烯均匀调制成粘稠的石墨粉乳液，将配制好的石墨粉乳液均匀涂抹在板状石墨体的两个660×270(mm2)表面上，自然凉干。将板状石墨体2用八层硫酸纸紧紧包裹，并在接口处用聚醋酸乙烯乳胶封住。分别将两块经高温处理的炭毡预制体3紧贴放在板状石墨体的两个660×270(mm2)表面中央。然后沿炭毡预制体3的四个边缘在板状石墨体2上用电钻打孔，孔径Φ5mm，每个边缘各钻六个孔。用24K的炭纤维穿过Φ5mm的小孔把两块炭毡预制体3固定在板状石墨体2的两个660×270(mm2)表面上。在板状石墨体2的两个面积较大的表面用配制好的石墨粉乳液均匀涂抹，自然凉干。将板状石墨体2用层硫酸纸紧紧包裹，并在接口处用聚醋酸乙烯乳胶封住。分别将两块经高温处理的炭毡预制体3紧贴放在板状石墨体2的两个面积较大的表面。然后沿炭毡预制体3的四个边缘在板状石墨体2上用电钻打孔，孔径Φ5mm，每个边缘各钻6个孔。用24K的炭纤维穿过Φ5mm的小孔把两块炭毡预制体3固定在板状石墨体2的两个面积较大的表面上。上述工作完成后，将装配好的石墨发热体及炭毡预制体3放入热梯度化学气相沉积炉内，并夹持在沉积炉的两电极之间。通入天然气，接通电源，在3小时内将炉温由室温升高到950℃。天然气流量为6m3/hr。随沉积过程的进行，逐渐加大输入电功率，以保持沉积区域的温度为950℃，沉积区域向低温面移动的速度控制在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种炭／炭复合材料厚壁板材，其特征在于采用下述方法制备：１）首先取高纯石墨，分别加工成圆台石墨体（１）二件和板状石墨体（２）一件，将圆台石墨体（１）与板状石墨体（２）装配在一起作为石墨发热体；２）按设计厚度剪裁针刺炭毡预制体 （３），并经２０００℃的高温处理１小时待用；３）在天然石墨粉中加入３０％～４０％、水温为７０℃～８０℃的水，与体积百分比为３％～５％的聚醋酸乙烯均匀调制成石墨粉乳液，均匀涂抹在板状石墨体（２）的两个面积较大的表面，自然凉干； ４）将板状石墨体（２）用六～八层硫酸纸紧紧包裹，并在接口处用聚醋酸乙烯乳胶封住；５）把经高温处理过的炭毡预制体（３）紧贴放在经过处理的板状石墨体（２）两个面积较大的表面中央，用１２～２４Ｋ的炭纤维固定；６）将经过方法５）处理 的炭毡预制体（３）及石墨发热体放入热梯度化学气相沉积炉内，并夹持在沉积炉的两个电极之间；７）通入天然气，接通电源，在２～３小时内将炉温由室温升高到９００～９５０℃，沉积８０～２６７小时，然后以１００～１２０℃／ｈｒ的速度将炉温降到２ ５０～３００℃时，关掉电源，切断天然气，自然冷却到室温，即得炭／炭复合材料厚壁板材。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李克智，赵建国，李贺军，张秀莲，郭领军，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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