一种超高温大型复杂炭/炭材料构件制造技术

本发明专利技术公开了一种超高温大型复杂炭/炭材料构件。关键是包括至少两件由炭纤维布和浸渍液制备的炭/炭材料构件预制体，炭/炭材料构件预制体之间有相互匹配接触的连接面，炭/炭材料构件预制体的连接面之间有胶粘剂层，经高温烧制得所述的超高温大型复杂炭/炭材料构件。本发明专利技术的超高温(＞2000℃)的大型复杂炭/炭材料构件的尺寸可达到两米左右，具有高强度、耐高温(＞2000℃)性能。

A kind of super high temperature large complex carbon / carbon material component

【技术实现步骤摘要】
一种超高温大型复杂炭/炭材料构件
：本专利技术涉及一种炭/炭复合材料，具体是指一种超高温(＞2000℃)的大型复杂结构的炭/炭构件。
技术介绍
：C/C复合材料是当代最先进的高温结构/功能复合材料，具有比重轻，耐热，高强，抗烧蚀等优异的高温力学性能和热物理性能，在宇航领域得到广泛的应用，但仅局限于中高温度、形状简单的小型构件。随着工程技术的发展，冶金、机械、光伏、化工等民用领域对C/C复合材料有迫切的需求。而且需要满足多种复杂不同形状和结构的要求，特别是对大型复杂异型构件的需求更为迫切。近年来，随着光伏行业的快速发展，单晶硅和多晶硅生产对大型复杂构件的需求尤为迫切，例如单晶硅领域中超大型气相沉积炉，需要大型限气筒(1200mm*1650mm*5-8mm)，多晶硅领域大型沉积炉则需要大型薄壁平板件。但由于受到设备和现有生产工艺(预制体-CVD法)两个条件的限制，要制作这类大型C/C复杂异型构件是难以实现的。因此，如何制备大型C/C材料的复杂异型构件仍是一个急待解决的问题。
技术实现思路
：本专利技术的专利技术目的是公开一种耐高温、并具有异型结构的大尺寸的炭/炭复合材料构件。实现本专利技术的技术解决方案是：包括至少两件由炭纤维布和浸渍液制备的炭/炭材料构件预制体，炭/炭材料构件预制体之间有相互匹配接触的连接面，炭/炭材料构件预制体的连接面之间有胶粘剂层，经高温烧制得所述的超高温大型复杂炭/炭材料构件。所述的炭/炭材料构件预制体由至少两层以上浸渍有浸渍液的炭纤维布叠压构成，再加热制得；炭/炭材料构件预制体的连接面为台阶状、或槽榫状、或曲面状、或平面状。所述的炭/炭材料构件预制体的形状为筒形、或曲板状、平板状、或异形结构。所述的浸渍液按重量百分比计的组成和制备步骤是：将40～55％的酚醛树脂粉加入40～60％的乙醇，搅拌均匀后再加入8～12％的石墨粉和3～5％的氧化锆粉，搅拌均匀后静置20～40小时得浸渍液。所述的炭/炭材料构件预制为筒形，其制备步骤是：a.将炭纤维布浸渍于上述的浸渍液后取出，置入真空炉，升温至950℃，保温1～2小时得预浸炭纤维布；b.将预浸炭纤维布缠绕在筒状模具，缠绕碾压力为0.3～0.6Mpa，张力为200～300公斤，缠绕时的温度为90～110℃，缠绕速度为2～4r/min，得筒状的炭/炭材料构件的初坯；c.将上述的初坯放入加压定向固化炉中，密封后按100～200Pa/小时抽真空至-0.1Mpa，然后开始在筒形初坯内部加热，筒形初坯外部为常温或冷却保持常温，筒形初坯内部加热至100℃保温30分后继续升温，同时加压到0.2～0.5Mpa，再升温至180～200℃，保温保压2小时后得所述预制体。所述的炭/炭材料构件预制体为曲板状、或为平板状、或为异形结构，其制备是由至少两层浸渍有浸渍液的炭纤维布叠层热压构成，成型压力为5～10Mpa，成型温度为100～180℃；置入高温炉内，升温至900～1000℃得预制体。所述的胶粘层的胶粘剂的组分构成按重量百分比计是：所述的胶粘剂的制备步骤是：将上述的偶联剂、助剂、石墨粉、硅粉、炭毡粉和短切炭纤维依次加入液态酚醛树脂，每加入一个组分搅拌均匀后，再加入下一个组分，最后加入短切炭纤维，搅拌10～25分钟后，放入球磨机中碾磨30～45分钟，置入密闭容器中静置20～36小时得上述的胶粘剂。所述的炭/炭材料构件高温制备步骤是：①在炭/炭材料构件预制体的连接面涂覆前述的胶粘剂后，加压力胶接，胶接压力为5～10Mpa，胶接温度为100～200℃；②置入高温炉，烧制温度为1700-2000℃，保温2～3小时；③将步骤②的得品在1040～1100℃的条件下，对得品按常规的CVD工艺进行炭材料增加密度，沉积时间为50～200小时，得所述的超高温大型复杂炭/炭材料构件。本专利技术的上述技术方案构成的超高温(＞2000℃)的大型复杂炭/炭材料构件的尺寸可达到两米左右，且构件壁厚为5～15mm，在上述尺寸下构件具有高强度、耐高温(＞2000℃)性能，更重要的是具有复杂的异型结构，且异型结构的部位的连接处具有极佳的力学性能，这是现有技术无法达到的。具体实施方式：下面详细给出本专利技术的具体实施方式，需要说明的是本专利技术的具体实施方式的描述是为便于对本专利技术的
技术实现思路
的全面理解，而不应视为是对本专利技术的权利要求保护范围的限制。本专利技术的具体实施例的技术解决方案是：包括至少两件由炭纤维布和浸渍液制备的炭/炭材料构件预制体，炭/炭材料构件预制体之间有相互匹配接触的连接面，通过上述的连接面两件或多件炭/炭材料构件预制体可配合构成一个更大尺寸的异型构件预制体，炭/炭材料构件预制体的连接面之间有胶粘剂层，经高温烧制得所述的超高温大型复杂炭/炭材料构件。上述的炭/炭材料构件预制体可为较大尺寸的薄壁结构，同时还具有耐高温性能、较高的密度和较佳的结构强度，上述的胶粘剂层在高温烧制后具有极佳的耐高温性能，一般工作温度为1700-2000℃，同时具有非常好的力学性能，经严格检测得出层间剪切强度≥12Mpa，弹性模量≥20Gpa，压缩强度≥150Mpa，拉伸强度≥60Mpa，更为关键的是胶粘剂层的热胀冷缩系数与炭/炭材料构件的热胀冷缩系数十分接近，这可保证在长期使用过程中不会出现热应力导致的微小裂纹，对使用寿命、强度、气密性均有大幅度的提高。所述的炭/炭材料构件预制体由至少两层以上浸渍有浸渍液的炭纤维布叠压构成，再加热制得；炭/炭材料构件预制体的连接面为台阶状、或槽榫状、或曲面状、或平面状。上述的预制体的构成包括至少两层浸渍有浸渍液的炭纤维布经过叠压制备，但不限于两层，依据炭纤维布层的厚度和炭/炭材料构件的技术要求，可选择5～10层；上述的炭/炭材料构件预制体的连接面的多种形式是便于不同形状的炭/炭材料构件预制体之间的连接结构的选择，以便各种预制体之间在不同部位的连接。所述的炭/炭材料构件预制体的形状为筒形、或曲板状、平板状、或异型结构，上述的各种形状的预制体经过前述的胶粘剂可以构成各种不同技术要求的大型的复杂形状的构件，以适应不同的使用状态的要求。前述的炭/炭材料构件预制体由炭纤维布和浸渍液制备，所述的浸渍液的组成按重量百分比计和制备步骤是：将40～55％的酚醛树脂粉加入40～60％的乙醇，搅拌均匀后再加入8～12％的石墨粉和3～5％的氧化锆粉，搅拌均匀后静置20～40小时得浸渍液；上述的酚醛树脂粉的商品名为PF-4012，石墨粉的粒度为10000目，氧化锆粉为工业纯，乙醇为工业纯，均为市场可购得，上述的浸渍液的静置使各组分之间可充分融合，且特定的组分粒度的选择使各组分与炭纤维布可以相互渗透，更重要的是上述的特定的组分粒度在高温处理过程使浸渍液的各组分与炭纤维布的纤维之间形成高强度的微观结晶结构，使炭/炭材料构件在高强度的同时还具有相当好的抗氧化性能。前面已描述炭/炭材料构件预制体为筒形，其制备步骤是：a.将炭纤维布浸渍于所述的浸渍液后取出，置入真空炉中，升温至9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高温大型复杂炭/炭材料构件，其特征在于包括至少两件由炭纤维布和浸渍液制备的炭/炭材料构件预制体，炭/炭材料构件预制体之间有相互匹配接触的连接面，炭/炭材料构件预制体的连接面之间有胶粘剂层，经高温烧制得所述的超高温大型复杂炭/炭材料构件。/n

【技术特征摘要】
1.一种超高温大型复杂炭/炭材料构件，其特征在于包括至少两件由炭纤维布和浸渍液制备的炭/炭材料构件预制体，炭/炭材料构件预制体之间有相互匹配接触的连接面，炭/炭材料构件预制体的连接面之间有胶粘剂层，经高温烧制得所述的超高温大型复杂炭/炭材料构件。


2.按权利要求1所述的超高温大型复杂炭/炭材料构件，其特征在于所述的炭/炭材料构件预制体由至少两层以上浸渍有浸渍液的炭纤维布叠压构成，再加热制得；炭/炭材料构件预制体的连接面为台阶状、或槽榫状、或曲面状、或平面状。


3.按权利要求1或2所述的超高温大型复杂炭/炭材料构件，其特征在于所述的炭/炭材料构件预制体的形状为筒形、或曲板状、平板状、或异形结构。


4.按权利要求3所述的超高温大型复杂炭/炭材料构件，其特征在于所述的浸渍液按重量百分比计的组成和制备步骤是：将40～55％的酚醛树脂粉加入40～60％的乙醇，搅拌均匀后再加入8～12％的石墨粉和3～5％的氧化锆粉，搅拌均匀后静置20～40小时得浸渍液。


5.按权利要求4所述的超高温大型复杂炭/炭材料构件，其特征在于所述的炭/炭材料构件预制为筒形，其制备步骤是：
a.将炭纤维布浸渍于上述的浸渍液后取出，置入真空炉，升温至950℃，保温1～2小时得预浸炭纤维布；
b.将预浸炭纤维布缠绕在筒状模具，缠绕碾压力为0.3～0.6Mpa，张力为200～300公斤，缠绕时的温度为90～110℃，缠绕速度为2～4r/min，得筒状的炭/炭材料构件的初坯；
c.将上述的初坯放入加压定向固化炉中，密封后按100～200Pa/小时抽真空至-0.1Mpa，然后开始在筒形初坯内部加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：史萌，
申请(专利权)人：烟台凯泊复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37