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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

技术编号:38368578 阅读:12 留言:0更新日期:2023-08-05 17:33
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

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

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

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

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

12mm,密度为0.2

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

10μm,其氧化硅含量为96

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

15mm,密度为0.09

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

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

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

960℃、炉压为1

12kPa,累计化学气相渗碳10

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

1.5g/cm3;随后机加工至3

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

30mm,镂空面积占石墨板总面积30

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

960℃、炉压为1

12kPa,累计化学气相渗碳100

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

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

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

8.0mm,碳纤维的密度为0.2

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

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
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【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

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

10μm,其氧化硅含量为96

98%。4.根据权利要求1

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

15mm,密度为0.09

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

960℃、炉压为1

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:

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