一种制备碳/碳复合材料薄板的装置及薄板的制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种制备碳/碳复合材料薄板的装置及薄板的制备方法，所述装置包括高硅氧纤维微孔导气板，所述装置还包含镂空石墨板，将镂空石墨板、高硅氧纤维微孔导气板叠置构成一块支撑板，在两块支撑板的高硅氧纤维微孔导气板之间夹装一块碳/碳复合材料薄板坯料，用紧固件将两块支撑板紧固，构成制备碳/碳复合材料薄板的装置。本发明专利技术的制备碳/碳复合材料薄板的装置，可将碳源气体均匀导向碳/碳复合材料薄板，解决薄板的均匀化学气相渗碳问题和变形控制问题，制备出密度均匀、表面平整的碳/碳复合材料薄板，其密度为1.5

【技术实现步骤摘要】
一种制备碳/碳复合材料薄板的装置及薄板的制备方法


[0001]本专利技术公开了一种制备碳/碳复合材料薄板的装置及薄板的制备方法，属于化学气相沉积


技术介绍

[0002]碳/碳复合材料薄板，是指厚度在2.0
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8.0mm之间，表面平整的平板构件。一般采用化学气相渗碳方法制备高性能碳/碳复合材料薄板，但由于化学气相渗碳是一种高温化学处理过程，超薄平板构件在此过程中极易变形，必须采用定型工装加以控制。
[0003]现有技术采用镂空石墨工装夹持超薄碳/碳复合材料进行化学气相沉积，通过镂空的孔洞，将碳源气导向构件，实施化学气相渗碳，利用石墨的高温强度性能，能够在高温下实现对构件的变形控制，制备碳/碳复合材料薄板。但是，由于对石墨的高温强度有一定的要求，因此，为保持镂空石墨工装的夹持强度，镂空的孔洞之间间隙较大，通常镂空部分的面积占比不超过60％，采用这种镂空石墨工装的镂空孔洞导气，进行化学气相沉积时，会导致碳源气在构件表面的分布不均，镂空局部获得有效渗碳，未镂空局部不能有效渗碳，严重影响构件密度的均匀性和性能的均匀性，致使采用镂空石墨工装的现有技术制备的碳/碳复合材料薄板的最大平均密度只能达到1.7g/cm3，满足不了对碳/碳复合材料薄板密度的要求。专利技术人在专利(201811277724.5)中采用碳纤维制备了微孔导气板解决1mm以下厚度超薄面板的均匀增密问题，但碳纤维微孔导气板制造成本高，同时导气深度效果有限，因而仅适用于作为1mm以下厚度的面板的导气工装，限制了其在2mm
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8mm厚度薄板的应用。
[0004]因此，专利技术一种可以制备密度均匀的碳/碳复合材料薄板的装置及碳/碳复合材料薄板的制备方法成为本领域的亟需。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术之不足而提供一种制备碳/碳复合材料薄板的装置及碳/碳复合材料薄板的制备方法。本专利技术的装置结构合理、可以提供碳源气的均匀传输通道，同时导气能力强，可以确保碳源气在厚度为2mm
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8mm厚度的碳/碳复合材料薄板上均匀沉积。本专利技术的方法可以制备出密度均匀、变形量满足要求的碳/碳复合材料薄板。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术一种制备碳/碳复合材料薄板的装置，所述装置包括高硅氧纤维微孔导气板，所述高硅氧纤维微孔导气板为高硅氧纤维/碳复合板。
[0008]专利技术人意外的发现，将高硅氧纤维/碳复合板作为微孔导气板，其具有更为优异的导气能力，能够使碳源气在厚度为2mm
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8mm的碳/碳复合材料薄板上均匀沉积，同时高硅氧纤维的价格远远低于碳纤维，从而使工装成本大幅下降，从而适合于工业化大生产。
[0009]优选的方案，所述高硅氧纤维微孔导气板的厚度为3
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12mm，密度为0.2
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1.5g/cm3。
[0010]优选的方案，所述高硅氧纤维微孔导气板中高硅氧纤维的直径为6
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10μm，其氧化硅含量为96
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98％。
[0011]专利技术人发现，当高硅氧纤维微孔导气板中采用上述直径的高硅氧纤维时，最终导气性能最优。
[0012]优选的方案，所述高硅氧纤维微孔导气板的制备过程为：将高硅氧纤维网胎针刺成平板毡，进行化学气相渗碳增密硬化；然后进行机加工得到高硅氧纤维微孔导气板。
[0013]进一步的优选，所述平板毡的厚度为5
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15mm，密度为0.09
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0.12g/cm3。
[0014]专利技术人发现，高硅氧纤维主要成份为二氧化硅，密度比碳纤维更高，但是由于其硬度高，因此能够形成0.09
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0.12g/cm3的低密度平板毡，从而使其在增密硬化后具有更多的微米尺度的孔隙，具有大幅优于碳纤维微孔导气板的导气能力。
[0015]而碳纤维虽然密度更低，但是其硬度较低，反而无法有效成型获得0.09
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0.12g/cm3的碳纤维毡。
[0016]进一步的优选，所述化学气相渗碳增密硬化的过程为：以C3H6为碳源气，控制炉温为920
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960℃、炉压为1
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12kPa，累计化学气相渗碳10
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300h后出炉。
[0017]经过上述增密过程，平板毡化学气相渗碳增密至0.2
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1.5g/cm3；随后机加工至3
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12mm即得。
[0018]优选的方案，所述装置还包含镂空石墨板，将镂空石墨板、高硅氧纤维微孔导气板叠置构成一块支撑板，在两块支撑板的高硅氧纤维微孔导气板之间夹装一块碳/碳复合材料薄板坯料，用紧固件将两块支撑板紧固，构成制备碳/碳复合材料薄板的装置。
[0019]进一步的优选，所述镂空石墨板的厚度为15
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30mm，镂空面积占石墨板总面积30
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50％。
[0020]进一步的优选，用紧固件将两块支撑板紧固是在镂空石墨板上设置紧固件；所述紧固件为螺栓螺母，螺栓穿过设于镂空石墨板上的螺栓孔，用螺母进行紧固。
[0021]本专利技术一种制备碳/碳复合材料薄板的装置，结构组装次序为：镂空石墨板+高硅氧纤维微孔导气板+碳/碳复合材料薄板坯料+高硅氧纤维微孔导气板+镂空石墨板，碳/碳复合材料薄板坯料夹在两高硅氧纤维微孔导气板之间。
[0022]本专利技术一种制备碳/碳复合材料薄板的方法，是将碳/碳复合材料薄板的装置置于化学气相沉积炉进行化学气相渗碳增密；化学气相渗碳增密工艺参数为：以C3H6为碳源气，控制炉温为920
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960℃、炉压为1
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12kPa，累计化学气相渗碳100
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400h后出炉。
[0023]在本专利技术中，采用C3H6为碳源气对碳/碳复合材料薄板进行增密，以C3H6为碳源气，渗碳炉温为920
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960℃，相比CH4为气源温度更低，将有效减少能源的消耗，同时C3H6分子量比CH4大，单个分子的C含量是CH4的4倍，其增密效率相对较高；但C3H6分子大，对微孔导气板的导气能力要求更高，因此需采用本专利技术中的0.09
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0.12g/cm3低密度的高硅氧纤维平板毡，制备密度更低、导气能力更好的高硅氧纤维复合材料导气板，从而有效的将碳源气体均匀导向碳/碳复合材料薄板，对碳/碳复合材料薄板进行高效增密。
[0024]本专利技术一种制备碳/碳复合材料薄板的方法，碳/碳复合材料薄板的厚度为2.0
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8.0mm，碳纤维的密度为0.2
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0.9g/cm3；化学气相渗碳增密后得到的碳/碳复合材料薄板的密度为1.5
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1.9g/cm3。
[0025]高硅氧纤维微孔导气板中的初始高硅氧纤维密度，小于碳/碳复合材料薄板中的初始碳纤维密度。
[0026]优点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备碳/碳复合材料薄板的装置，其特征在于：所述装置包括高硅氧纤维微孔导气板，所述高硅氧纤维微孔导气板为高硅氧纤维/碳复合板。2.根据权利要求1所述的一种制备碳/碳复合材料薄板的装置，其特征在于：所述高硅氧纤维微孔导气板的厚度为3
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12mm，密度为0.2
‑
1.5g/cm3。3.根据权利要求1所述的一种制备碳/碳复合材料薄板的装置，其特征在于：所述高硅氧纤维微孔导气板中高硅氧纤维的直径为6
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10μm，其氧化硅含量为96
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98％。4.根据权利要求1
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3任意一项所述的一种制备碳/碳复合材料薄板的装置，其特征在于：所述高硅氧纤维微孔导气板的制备过程为：将高硅氧纤维网胎针刺成平板毡，进行化学气相渗碳增密硬化；然后进行机加工得到高硅氧纤维微孔导气板。5.根据权利要求4所述的一种制备碳/碳复合材料薄板的装置，其特征在于：所述平板毡的厚度为5
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15mm，密度为0.09
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0.12g/cm3。6.根据权利要求4所述的一种制备碳/碳复合材料薄板的装置，其特征在于：所述化学气相渗碳增密硬化的过程为：以C3H6为碳源气，控制炉温为920
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960℃、炉压为1
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12kPa，累计化学气相渗碳10

【专利技术属性】
技术研发人员：张福勤，袁振宇，刘俊良，徐博闻，喻文瑞，丰欣妍，丰雪帆，孙婷婷，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：