一种沉积碳纳米管的碳碳复合材料制造技术

本发明专利技术提供一种沉积碳纳米管的碳碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：积碳纳米管的碳纤维布的制备；将混合胶粘剂涂覆于沉积碳纳米管的碳纤维布表面；表干后的碳纤维布置于碳化炉中，碳化处理；致密化的预制体于氩气气氛下以300

【技术实现步骤摘要】
一种沉积碳纳米管的碳碳复合材料


[0001]本专利技术属于新材料领域，特别涉及一种沉积碳纳米管的碳碳复合材料。

技术介绍

[0002]随着对高性能复合材料需求的日益增长，碳纤维增强复合材料，特别是碳/碳(C/C)复合材料，具有优异的高温力学性能和稳定性，低密度和低热膨胀系数，这些性能在2000℃以上的高温下仍可保持，更重要的是在1500℃以上高温环境下其强度随温度的增加不降反升的性能，使其成为最有发展前途的高技术新材料之一，被广泛用作航空和航天
的烧蚀材料和热结构材料。
[0003]然而，C/C复合材料有一个致命的弱点，碳在370℃的有氧气氛中便开始氧化，高于500℃时迅速氧化。碳碳复合材料的氧化过程是一个非碳化的多相反应。同其它碳材料一样，碳碳复合材料中存在一系列的晶格缺陷，或碳化、石墨化过程中产生的内应力，以及杂质的存在使得碳碳复合材料中存在一些活性点部位。这些活性点部位易吸附空气中的氧气，并且在温度高于370℃时开始发生氧化反应，生成一氧化碳和二氧化碳。即使在极低的氧分压的情况下，也具有很天的Gibbs自由能差驱动反应快速进行，且氧化速度与氧分压成正比。氧化后C/C复合材料的力学性能显著降低，这会导致C/C复合材料毁灭性破坏，这一致命弱点限制了C/C复合材料的直接应用。
[0004]碳碳复合材料的抗氧化从方法上可以分为抗氧化涂层和内部抗氧化。其中抗氧化涂层着眼于对材料表面进行改性，如制备各类涂层；内部抗氧化则着重于碳碳复合材料自身内部的改性，包括对碳纤维和基体进行抗氧化改性。两种方法各有优劣：涂层法抗氧化效率较高，工艺较为简便，但是制备成本高，涂层与材料界面问题难于解决；内部抗氧化方法在一定温度范围内能有效提高材料抗氧化性能，但工艺周期长，反应过程不易控制。如今人们开始结合这两种方法，因地制宜采用组合方法最大限度提高碳碳复合材料的抗氧化性能。
[0005]通常认为，碳碳复合材料的内部抗氧化技术只能解决1000℃以下的抗氧化问题，更高温度下的抗氧化需要结合其他技术。然而，为了使碳碳复合材料的抗氧化和耐烧蚀性能得到提高，使其能够在高温气流环境下正常工作，基体改性是一种行之有效的方法。
[0006]如何进一步提升碳碳复合材料高温下的抗氧化性能，是值得研究的问题。

技术实现思路

[0007]技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种沉积碳纳米管的碳碳复合材料。
[0008]技术方案：本专利技术提供一种沉积碳纳米管的碳碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)沉积碳纳米管的碳纤维布的制备：将催化剂均匀涂覆在碳纤维布上，将碳纤维布置于管式电炉中，通入氮气加热至700
‑
800℃，再通入碳源气体反应2
‑
4h，冷却至室温，即
得沉积碳纳米管的碳纤维布；
[0010](2)负载磷酸盐的石墨烯材料的制备：取锂盐、金属盐或金属氧化物、磷酸盐或磷酸溶于水中，加入氧化石墨烯和柠檬酸，混匀，40
‑
80℃搅拌反应1
‑
2h，得到溶胶；采用溶胶
‑
凝胶法，在超声搅拌的条件下，60
‑
80℃蒸发除去水分，烘干得磷酸盐
‑
石墨烯凝胶前驱体；将磷酸盐
‑
石墨烯凝胶前驱体研磨，于充满氮气氛的管式炉内400
‑
800℃热处理5
‑
10h，即得负载磷酸盐的石墨烯材料；将负载磷酸盐的石墨烯材料于芘溶液或芘衍生物溶液中，超声搅拌分散；
[0011](3)将步骤(2)的溶液、长度1
‑
3mm的短切碳纤维加入环氧树脂胶粘剂中，搅拌均匀，得混合胶粘剂；将混合胶粘剂涂覆于沉积碳纳米管的碳纤维布表面，表干后，再重新涂覆混合胶粘剂1至3次；
[0012](4)步骤(3)表干后的碳纤维布置于碳化炉中，碳化处理；
[0013](5)重复步骤(3)至(4)3至5次，得致密化的预制体；
[0014](6)将步骤(5)制得的致密化的预制体于氩气气氛下以300
‑
350℃/h的速率升温至1000℃，再以300
‑
350℃/h的速率分别升温至2500℃，恒温0.5
‑
1h，即得沉积碳纳米管的碳碳复合材料。
[0015]步骤(1)中，催化剂为为Ni：Cu：Al＝(2
‑
3)：1：1。
[0016]步骤(1)中，碳源气体为甲烷或丙烯。
[0017]步骤(2)中，锂盐、金属盐或金属氧化物、磷酸盐或磷酸的摩尔比按照Li：M：PO
43
‑
＝(1～1.3)：(1～1.3)：1的摩尔比称取。
[0018]步骤(2)中，氧化石墨烯的加入量为产物中磷酸盐的质量的1/4
‑
1/20。
[0019]步骤(2)中，柠檬酸的加入量为产物中磷酸盐的质量的1/4
‑
1/20。
[0020]步骤(2)中，芘溶液或芘衍生物溶液的溶剂为水或乙醇，芘溶液或芘衍生物溶液的摩尔浓度为0.02mol/L
‑
1mol/L，所述芘或芘衍生物与负载磷酸盐的石墨烯材料的质量比为1:20至1:1。
[0021]步骤(3)中，将步骤(2)的溶液、长度1
‑
3mm的短切碳纤维加入环氧树脂胶粘剂的用量比为1mL：0.1
‑
0.5g：10g。
[0022]步骤(4)中，碳化工艺为：将炉腔抽至真空状态，通入氮气至常压，以200
‑
220℃/h的速率升温至1000℃并恒温2h，整个碳化过程保持氮气气氛。
[0023]有益效果：本专利技术提供的碳碳复合材料在碳基体和碳纤维内嵌入短切碳纤维，并在碳基体和碳纤维之间沉积碳纳米管，显著提高了碳碳复合材料的力学性能，同时利用石墨在碳基体内部负载磷酸盐，可显著提高材料的抗氧化性能，同时因磷酸盐负载在与基体性能一致的石墨烯上，对材料的力学性能几乎无影响。
附图说明
[0024]图1为实施例1制得的碳碳复合材料都TEM图。
具体实施方式
[0025]下面对本专利技术作出进一步说明。
[0026]实施例1
[0027]沉积碳纳米管的碳碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0028](1)沉积碳纳米管的碳纤维布的制备：将催化剂均匀涂覆在碳纤维布上，将碳纤维布置于管式电炉中，通入氮气加热至750℃，再通入碳源气体反应3h，冷却至室温，即得沉积碳纳米管的碳纤维布；催化剂为为Ni：Cu：Al＝2：1：1；碳源气体为甲烷。
[0029](2)负载磷酸盐的石墨烯材料的制备：取锂盐、金属盐或金属氧化物、磷酸盐或磷酸溶于水中，加入氧化石墨烯和柠檬酸，混匀，60℃搅拌反应1.5h，得到溶胶；采用溶胶
‑
凝胶法，在超声搅拌的条件下，70℃蒸发除去水分，烘干得磷酸盐
‑
石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沉积碳纳米管的碳碳复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)沉积碳纳米管的碳纤维布的制备：将催化剂均匀涂覆在碳纤维布上，将碳纤维布置于管式电炉中，通入氮气加热至700
‑
800℃，再通入碳源气体反应2
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4h，冷却至室温，即得沉积碳纳米管的碳纤维布；(2)负载磷酸盐的石墨烯材料的制备：取锂盐、金属盐或金属氧化物、磷酸盐或磷酸溶于水中，加入氧化石墨烯和柠檬酸，混匀，40
‑
80℃搅拌反应1
‑
2h，得到溶胶；采用溶胶
‑
凝胶法，在超声搅拌的条件下，60
‑
80℃蒸发除去水分，烘干得磷酸盐
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石墨烯凝胶前驱体；将磷酸盐
‑
石墨烯凝胶前驱体研磨，于充满氮气氛的管式炉内400
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800℃热处理5
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10h，即得负载磷酸盐的石墨烯材料；将负载磷酸盐的石墨烯材料于芘溶液或芘衍生物溶液中，超声搅拌分散；(3)将步骤(2)的溶液、长度1
‑
3mm的短切碳纤维加入环氧树脂胶粘剂中，搅拌均匀，得混合胶粘剂；将混合胶粘剂涂覆于沉积碳纳米管的碳纤维布表面，表干后，再重新涂覆混合胶粘剂1至3次；(4)步骤(3)表干后的碳纤维布置于碳化炉中，碳化处理；(5)重复步骤(3)至(4)3至5次，得致密化的预制体；(6)将步骤(5)制得的致密化的预制体于氩气气氛下以300
‑
350℃/h的速率升温至1000℃，再以300
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350℃/h的速率分别升温至2500℃，恒温0.5
‑
1h，即得沉积碳纳米管的碳碳复合材料。2.根据权利要求3所述的一种沉积碳纳米管的碳碳复合材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宝林，侯振华，吴迪，
申请(专利权)人：江西信达航科新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：