一种高导热C/SiC复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于材料制备技术领域。本发明专利技术提供了一种高导热C/SiC复合材料的制备方法，将气相碳源以沉积的方式在碳纤维表面形成一层热解碳界面后，进行石墨化处理得到二维碳布；在二维碳布的表面依次涂覆粘接剂和基体悬浮液，通过不熔化处理，得到预制体；将得到的预制体进行烧结处理得到低密度材料；将低密度材料致密化处理后，体积密度增大得到所述高导热C/SiC复合材料；本发明专利技术通过一系列的处理方法，使得复合材料的导热性能得到提高。本发明专利技术还提供了所述制备方法得到的高导热C/SiC复合材料，采用石墨烯改性基体和高导热碳纤维骨架增强体提高了复合材料的热导率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高导热C/SiC复合材料及其制备方法
本专利技术涉及材料制备
，尤其涉及一种高导热C/SiC复合材料及其制备方法。
技术介绍
C/SiC复合材料具有高比强、高比模、耐高温、抗氧化、低热膨胀系数、耐磨等优异特性，作为耐高温结构材料在临近空间飞行器上得到有效应用，提高热防护性能。现有技术中制备的C/SiC复合材料能够满足2000℃以上的有氧环境下短时使用，但长时间飞行条件下气动热环境极其恶劣，构件的烧蚀驻点温度很高，热量来不及迅速传递导致构件的热应力变形显著增加，加剧了复合材料构件破坏的风险；同时，长时间的烧蚀加剧使部件难以维持气动外形，结构可靠性和稳定性随之变差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种高导热C/SiC复合材料及其制备方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种高导热C/SiC复合材料的制备方法，包含以下步骤：(1)将碳布和气相碳源顺次进行沉积和石墨化处理得到二维碳布；(2)将粘接剂、基体悬浮液顺次涂覆到二维碳布上，进行不熔化处理，得到预制体；(3)将所述预制体进行烧结处理，得到低密度材料；(4)将所述低密度材料进行致密化处理，即得所述高导热C/SiC复合材料。作为优选，所述步骤(1)中气相碳源为甲烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯和环丙烷中的一种或几种；所述沉积为气相沉积，所述沉积的温度为800～1000℃，所述沉积的压力为5～10kPa，所述沉积的流速为300～500mL/min，所述沉积的时间为3～10h；所述石墨化处理的温度为2700～3100℃，所述石墨化处理的时间为1～10min。作为优选，所述步骤(2)中粘接剂包含固态聚碳硅烷、液态聚碳硅烷和交联剂；所述固态聚碳硅烷与液态聚碳硅烷的质量比为1：5～10，所述固态聚碳硅烷与交联剂的质量比为1：0.3～0.5；所述交联剂为二乙烯基苯、二乙炔基苯、苯乙炔、环戊二烯、甲基环戊二烯、环己烯或二烯丙烯胺。作为优选，所述步骤(2)中基体悬浮液包含石墨烯/碳化硅复合粉体和乙醇；所述石墨烯/碳化硅复合粉体和乙醇的用量比为1g：(2～5)mL；所述石墨烯/碳化硅复合粉体中碳化硅和石墨的质量比为1：1～5。作为优选，所述步骤(2)中二维碳布、粘接剂和基体悬浮液的质量比为30～40：5～10：50～65。作为优选，所述步骤(2)中不熔化处理的温度为120～200℃，所述不熔化处理的时间为5～10h，所述不熔化处理的压力为0.2～0.8MPa。作为优选，所述步骤(3)中烧结的温度为1200～1600℃，所述烧结的压力为5～20MPa，所述烧结的真空度为0.05～0.2Pa，所述烧结的时间为10～30min。作为优选，所述步骤(4)中致密化处理为顺次进行的浸渍、交联和裂解；所述浸渍的压力为5～15MPa，所述浸渍的时间为1～30min；所述交联的温度为120～200℃，所述交联的时间为5～10h。作为优选，所述裂解的温度为1200～1600℃，所述裂解的时间为30～60min。本专利技术还提供了所述制备方法得到的高导热C/SiC复合材料。本专利技术提供了一种高导热C/SiC复合材料的制备方法，将气相碳源以沉积的方式在碳纤维表面形成一层热解碳界面后，进行石墨化处理得到二维碳布；在二维碳布的表面依次涂覆粘接剂和基体悬浮液，通过不熔化处理，使得其中的分子形成不熔不溶的交联结构，以便在后续的烧结过程中保持状态；将得到的预制体进行烧结处理得到低密度材料；将低密度材料致密化处理后，体积密度增大得到所述高导热C/SiC复合材料；本专利技术通过一系列的处理方法，使得复合材料的导热性能得到提高。本专利技术还提供了所述制备方法得到的高导热C/SiC复合材料，采用石墨烯改性基体和高导热碳纤维骨架增强体提高了复合材料的热导率。具体实施方式本专利技术提供了一种高导热C/SiC复合材料的制备方法，包含以下步骤：(1)将碳布和气相碳源顺次进行沉积和石墨化处理得到二维碳布；(2)将粘接剂、基体悬浮液顺次涂覆到二维碳布上，进行不熔化处理，得到预制体；(3)将所述预制体进行烧结处理，得到低密度材料；(4)将所述低密度材料进行致密化处理，即得所述高导热C/SiC复合材料。在本专利技术中，所述步骤(1)中碳布的规格优选为1～12K中间相沥青基碳纤维，进一步优选为3～10K中间相沥青基碳纤维，更优选为5～8K中间相沥青基碳纤维；所述中间相沥青基碳纤维的热处理温度优选为600～1600℃，进一步优选为800～1400℃，更优选为1000～1200℃；所述碳布的编织形式优选为无纬布、平纹、斜纹或缎纹，更优选为无纬布或斜纹。在本专利技术中，所述步骤(1)中气相碳源优选为甲烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯和环丙烷中的一种或几种，更优选为甲烷、丙烷、丙烯和环丙烷中的一种或几种；所述沉积优选为气相沉积，所述沉积的温度优选为800～1000℃，进一步优选为850～950℃，更优选为880～920℃；所述沉积的压力优选为5～10kPa，进一步优选为6～9kPa，更优选为7～8kPa；所述沉积的流速优选为300～500mL/min，进一步优选为350～450mL/min，更优选为380～420mL/min；所述沉积的时间优选为3～10h，进一步优选为4～9h，更优选为5～8h；所述石墨化处理的温度优选为2700～3100℃，进一步优选为2800～3000℃，更优选为2850～2950℃；所述石墨化处理的时间优选为1～10min，进一步优选为2～9min，更优选为4～7min。在本专利技术中，所述石墨化处理过程中优选在惰性气氛下进行，所述惰性气氛优选为氮气和/或氩气。在本专利技术中，通过化学气相沉积方法，将气相碳源在高温条件下进行热解，发生碳化过程，生成的产物降解成低密度疏松热解碳沉积到碳布的表面，得到了含有热解碳界面的中间相沥青基碳布；将完成气相沉积的碳布在惰性气氛下进行石墨化处理，形成了C/C骨架，得到了二维碳布。在本专利技术中，所述步骤(2)中粘接剂优选包含固态聚碳硅烷、液态聚碳硅烷和交联剂；所述固态聚碳硅烷的数均分子量优选为1000～1500，进一步优选为1100～1400，更优选为1200～1300；所述液态聚碳硅烷的数均分子量优选为300～500，进一步优选为320～480，更优选为360～440；所述液态聚碳硅烷的分散系数优选为1～3，更优选为1.5～2.5；所述固态聚碳硅烷与液态聚碳硅烷的质量比优选为1：5～10，进一步优选为1：6～9，更优选为1：7～8；所述固态聚碳硅烷与交联剂的质量比优选为1：0.3～0.5，更优选为1：0.35～0.45；所述交联剂优选为二乙烯基苯、二乙炔基苯、苯乙炔、环戊二烯、甲基环戊二烯、环己烯或二烯丙烯胺，更优选为二乙烯基苯或二乙炔基苯。在本专利技术中，优选将固态聚碳硅烷添加到液态聚碳硅烷中，并加入交联剂搅拌达到目标溶液粘度即得所述粘接剂。在本专利技术中，所述粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导热C/SiC复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：/n(1)将碳布和气相碳源顺次进行沉积和石墨化处理得到二维碳布；/n(2)将粘接剂、基体悬浮液顺次涂覆到二维碳布上，进行不熔化处理，得到预制体；/n(3)将所述预制体进行烧结处理，得到低密度材料；/n(4)将所述低密度材料进行致密化处理，即得所述高导热C/SiC复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高导热C/SiC复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将碳布和气相碳源顺次进行沉积和石墨化处理得到二维碳布；
(2)将粘接剂、基体悬浮液顺次涂覆到二维碳布上，进行不熔化处理，得到预制体；
(3)将所述预制体进行烧结处理，得到低密度材料；
(4)将所述低密度材料进行致密化处理，即得所述高导热C/SiC复合材料。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中气相碳源为甲烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯和环丙烷中的一种或几种；所述沉积为气相沉积，所述沉积的温度为800～1000℃，所述沉积的压力为5～10kPa，所述沉积的流速为300～500mL/min，所述沉积的时间为3～10h；所述石墨化处理的温度为2700～3100℃，所述石墨化处理的时间为1～10min。


3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中粘接剂包含固态聚碳硅烷、液态聚碳硅烷和交联剂；所述固态聚碳硅烷与液态聚碳硅烷的质量比为1：5～10，所述固态聚碳硅烷与交联剂的质量比为1：0.3～0.5；所述交联剂为二乙烯基苯、二乙炔基苯、苯乙炔、环戊二烯、甲基环戊二烯、环己烯或二烯丙烯胺。


4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中基体悬浮液包含石墨烯/碳化硅复合粉体和乙醇；...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶崇，刘玲，黄东，曾超，廖超前，伍孝，余洋，吴晃，叶高明，张岳峰，刘金水，
申请(专利权)人：湖南东映碳材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43