CN101250728B - 一种碳化硅纳米纤维/碳纤维复合毡体的制备方法 - Google Patents
一种碳化硅纳米纤维/碳纤维复合毡体的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101250728B CN101250728B CN2008100308549A CN200810030854A CN101250728B CN 101250728 B CN101250728 B CN 101250728B CN 2008100308549 A CN2008100308549 A CN 2008100308549A CN 200810030854 A CN200810030854 A CN 200810030854A CN 101250728 B CN101250728 B CN 101250728B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- concentration
- silicon carbide
- fiber
- felt
- minutes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种碳化硅纳米纤维/炭纤维复合毡体的制备方法，将针刺整体炭毡进行去胶处理或不去胶，再将过渡族钴或镍中的一种以细颗粒状方式，采用电镀或化学镀的方法吸附在炭毡纤维的表面上，干燥后在化学气相沉积炉中沉积碳化硅，控制沉积气源三氯甲基硅烷，载气氢气和稀释氩气的流量，在沉积温度为1073～1373K，保持炉压为20～500Pa，沉积时间为1～15小时，随炉冷却后出炉，得到炭毡纤维表面生长出纳米碳化硅纤维的复合毡体。采用该方法编织的复合毡体，充分发挥各向原位生长纳米碳化硅纤维的力学和物理特性，并以此作为传统C/C或C/SiC复合材料的增强体，改善复合材料的各向异性，提高使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种毡体的制备方法，特别是涉及一种碳化硅纳米纤维/炭纤维复合毡体的制备方法。
背景技术
炭纤维具有极高的比强度和比模量，优良的导电和导热性、耐腐蚀性以及在还原性气氛中良好的耐高温性能，被广泛用作复合材料的增强(增韧)相。但是，传统的C/C或C/SiC复合材料中，毡体中炭纤维无论采用3D或4D编织，其强度、韧性、导电、导热等力学或物理性能，都存在很大的各向异性。碳化硅纳米纤维(SiC-NF)具有优越的力学、热学及电学性能和高的物理化学稳定性等特性，同样可以作为塑料、金属、陶瓷等复合材料的增强相。Wong EW等已经通过原子力显微镜证实了碳化硅纳米棒具有很高的杨氏模量Yang等采用化学气相渗透(CVI)法制备SiC纤维原位增强的陶瓷复合材料，取得了很好的增强效果。
过渡族元素是制备纳米碳管(CNT)和纳米炭纤维(CNF)时常用的催化剂，在不同条件下可以制备出不同的CNT和CNF。利用制备CNT和CNF类似的技术，也可以制备出SiC-NF或纳米晶须。Dikonimos MT和Riccardis MFD曾以炭纤维为基体制备了CNT或CNF，并将其应用于传统的炭纤维增强复合材料领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种碳化硅纳米纤维/炭纤维复合毡体的制备方法，采用该方法编织的复合毡体能够在炭纤维表面原位生成SiC-NF，利用炭纤维的良好力学和导电导热性能的同时，充分发挥各向原位生长纳米碳化硅纤维的力学和物理特性，并以此作为传统C/C或C/SiC复合材料的增强体，改善复合材料的各向异性，提高使用性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供的碳化硅纳米纤维/炭纤维复合毡体的制备方法，将针刺整体炭毡进行纤维表面去胶处理后，用硫酸镍溶液或硫酸钴溶液为电镀液，pH值为3～5，在电流强度为80～120mA，电镀5～10分钟，或以浓度为15～25g/L的SnCl2和浓度为30～40ml/L的盐酸混合液为敏化剂，于室温敏化2～4分钟，反复去离子水浸泡清洗后于浓度为0.4～0.6g/L的PdCl2和浓度为8～12ml/L的盐酸混合液中活化4～6分钟，反复去离子水浸泡清洗后在浓度为16～18g/L的NiSO4或浓度为8～12g/L的CoSO4、浓度为23～26g/L的NaH2PO2、浓度为20～25g/L的NaC2H3O2、浓度为20～25g/L的Na3C6H5O7和浓度为6～8mg/L的PdNO3混合液中，控制温度为80-85℃，pH值为3～4时化学镀2～4分钟，将镍或钴以细颗粒状方式吸附在炭毡纤维的表面上，在100～120℃的温度下干燥2～6小时后，在化学气相沉积炉中沉积碳化硅，控制沉积气源三氯甲基硅烷，载气氢气和稀释氩气的流量比为1∶2～4∶3～5，在沉积温度为1073～1373K，保持炉压为20～500Pa，沉积时间为1～15小时，随炉冷却后出炉，得到炭毡纤维表面生长出纳米碳化硅纤维的复合毡体。
在此过程中，电镀或化学镀的过度族元素的金属颗粒作为碳化硅纳米纤维气相生长的催化剂，因为硅、碳原子在催化剂颗粒的(111)面结合能力最强，在其它晶面(311)、(100)和(110)等的结合能力相差不大，在化学气相沉积过程中，硅、碳原子先在不同的晶面上吸附，并向镍晶体表面或内部扩散，达到饱和后在结合能力较弱的表面析出，因此纳米SiC纤维沿一定方向连续生长。另外，可以控制镀液成分和浓度，或电镀或化学镀的时间，达到控制催化剂颗粒的形态和分布催化剂颗粒的形态，来控制纳米纤维的长度和直径。催化剂晶体颗粒越细小，在化学气相沉积气氛中越容易形成显著的晶面，越能够发挥催化SiC纳米纤维生长效果(即其催化活性越大)，所得到的纳米纤维越细长，分布也更均匀。三氯甲基硅烷(MTS)热分解可以得到气相生长的碳化硅气源。通过控制气相沉积条件，控制炭毡表面气相生长的纳米碳化硅纤维的相对量。
本发明的优点在于：
通过原位气相生长的方法，将两种超强材料复合，制备出一种复合毡体；
通过原位各向气相生长纳米碳化硅纤维，发挥的纳米碳化硅纤维的力学和物理特性，改善炭毡的各向异性；
本发明利用电镀或化学镀的方法，将催化剂颗粒吸附在炭纤维表面，通过控制镀液成分和浓度，或电镀或化学镀的时间，达到控制催化剂颗粒的形态和分布，易于控制，设备简单，操作方便；
通过控制气相沉积条件，控制炭毡表面气相生长的纳米碳化硅纤维的相对量，可以根据不同的要求，制备出0～30％纳米碳化硅纤维含量的复合毡体。
综上所述，采用该方法编织的复合毡体能够在炭纤维表面原位生成SiC-NF，利用炭纤维的良好力学和导电导热性能的同时，充分发挥各向原位生长纳米碳化硅纤维的力学和物理特性，并以此作为传统C/C或C/SiC复合材料的增强体，改善复合材料的各向异性，提高使用性能。
附图说明
图1：炭毡CVD SiC后的SEM形貌；
图2：毡体CVD碳化硅2h后的粉末XRD图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
将针刺整体炭毡用丙酮浸泡24小时，反复用去离子水浸泡清洗，干燥后，以此试样为阴极，硫酸镍溶液为电镀液(浓度为200g/L)，pH值为5，在电流强度为80mA时，电镀5分钟，去离子水浸泡、清洗、在100℃的温度下干燥6小时后，在化学气相沉积炉中沉积碳化硅，控制沉积气源三氯甲基硅烷(MTS)，载气氢气(H2)和稀释氩气(Ar)的流量比为1∶3∶4左右，沉积温度为1273K，炉压为30Pa，沉积时间为2小时，随炉冷却后出炉。取电镀镍和化学气相沉积后的针刺整体炭毡进行SEM微观形貌观察，加速电压为30KV，复合毡体的显微相貌见图1。取CVD生长纳米碳化硅纤维的复合毡体，进行粉末XRD分析，复合毡体的物相见图2。
实施例2：
将针刺整体炭毡用丙酮浸泡24小时，反复用去离子水浸泡清洗，干燥后，以此试样为阴极，硫酸钴溶液(浓度为160g/L)为电镀液，pH值为3，在电流强度为120mA时，电镀10分钟，去离子水浸泡、清洗、在120℃的温度下干燥2小时后，在化学气相沉积炉中沉积碳化硅，控制沉积气源三氯甲基硅烷(MTS)，载气氢气(H2)和稀释氩气(Ar)的流量比为1∶2∶3左右，沉积温度为1373K，炉压为20Pa，沉积时间为1小时，随炉冷却后出炉。
实施例3：
将针刺整体炭毡反复用去离子水浸泡清洗，干燥后，以SnCl2(15g/L)和盐酸(30ml/L)混合液为敏化剂，于室温敏化2分钟，反复去离子水浸泡清洗后于PdCl2(0.4g/L)和盐酸(8ml/L)混合液中活化6分钟，反复去离子水浸泡清洗后在CoSO4(8～12g/L)、NaH2PO2(23g/L)、NaC2H3O2(20g/L)、Na3C6H5O7(25g/L)和PdNO3(6mg/L)混合液中，控制温度为80℃，pH值为4时化学镀2分钟，去离子水浸泡、清洗，在110℃的温度下干燥4小时后，在化学气相沉积炉中沉积碳化硅，控制沉积气源三氯甲基硅烷(MTS)，载气氢气(H2)和稀释氩气(Ar)的流量比为1∶2∶4，沉积温度为1273K，炉压为300Pa，沉积时间为10小时，随炉冷却后出炉。
实施例4：
将针刺整体炭毡用丙酮浸泡24小时，反复用去离子水浸泡清洗，干燥后，以SnCl2(25g/L)和盐酸(40ml/L)混合液为敏化剂，于室温敏化4分钟，反复去离子水浸泡清洗后于PdCl2(0.6g/L)和盐酸(12ml/L)混合液中活化4分钟，反复去离子水浸泡清洗后在NiSO4(17.5g/L)、NaH2PO2(26g/L)、NaC2H3O2(25g/L)、Na3C6H5O7(20g/L)和PdNO3(8mg/L)混合液中，控制温度为85℃，pH值为3时化学镀2分钟，去离子水浸泡、清洗，在105℃的温度下干燥5小时后，在化学气相沉积炉中沉积碳化硅，控制沉积气源三氯甲基硅烷(MTS)，载气氢气(H2)和稀释氩气(Ar)的流量比为1∶4∶5，沉积温度为1073K，炉压为500Pa，沉积时间为15小时，随炉冷却后出炉。
Claims (1)
1.一种碳化硅纳米纤维/炭纤维复合毡体的制备方法，其特征是：将针刺整体炭毡进行纤维表面去胶处理后，用硫酸镍溶液或硫酸钴溶液为电镀液，pH值为3～5，在电流强度为80～120mA，电镀5～10分钟，或以浓度为15～25g/L的SnCl2和浓度为30～40ml/L的盐酸混合液为敏化剂，于室温敏化2～4分钟，反复去离子水浸泡清洗后于浓度为0.4～0.6g/L的PdCl2和浓度为8～12ml/L的盐酸混合液中活化4～6分钟，反复去离子水浸泡清洗后在浓度为16～18g/L的NiSO4或浓度为8～12g/L的CoSO4、浓度为23～26g/L的NaH2PO2、浓度为20～25g/L的NaC2H3O2、浓度为20～25g/L的Na3C6H5O7和浓度为6～8mg/L的PdNO3混合液中，控制温度为80-85℃，pH值为3～4时化学镀2～4分钟，将镍或钴以细颗粒状方式吸附在炭毡纤维的表面上，在100～120℃的温度下干燥2～6小时后，在化学气相沉积炉中沉积碳化硅，控制沉积气源三氯甲基硅烷，载气氢气和稀释氩气的流量比为1∶2～4∶3～5，在沉积温度为1073～1373K，保持炉压为20～500Pa，沉积时间为1～15小时，随炉冷却后出炉，得到炭毡纤维表面生长出纳米碳化硅纤维的复合毡体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100308549A CN101250728B (zh) | 2008-03-19 | 2008-03-19 | 一种碳化硅纳米纤维/碳纤维复合毡体的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100308549A CN101250728B (zh) | 2008-03-19 | 2008-03-19 | 一种碳化硅纳米纤维/碳纤维复合毡体的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101250728A CN101250728A (zh) | 2008-08-27 |
| CN101250728B true CN101250728B (zh) | 2010-09-29 |
Family
ID=39954323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100308549A Expired - Fee Related CN101250728B (zh) | 2008-03-19 | 2008-03-19 | 一种碳化硅纳米纤维/碳纤维复合毡体的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101250728B (zh) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102021817B (zh) * | 2010-11-11 | 2012-03-21 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 原位生长有碳纳米管的碳化硅纤维立体织物及其复合材料及制备方法 |
| CN102276281B (zh) * | 2011-05-19 | 2013-03-20 | 中南大学 | 一种纳米碳化硅纤维增强炭/炭复合材料的制备方法 |
| CN102992798A (zh) * | 2012-08-17 | 2013-03-27 | 江苏天鸟高新技术股份有限公司 | 碳纤维复合碳化硅纤维针刺预制体的制备方法 |
| CN103726087A (zh) * | 2013-05-28 | 2014-04-16 | 太仓派欧技术咨询服务有限公司 | 一种碳纤维预制体脉冲电沉积镍涂层的方法 |
| CN104674327B (zh) * | 2015-03-03 | 2017-07-28 | 北京汽车股份有限公司 | 复合镀层的制备方法及复合镀层 |
| CN106116625A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-11-16 | 中南大学 | 一种纳米碳化硅纤维改性c/c密封材料及其制备方法 |
| CN107445641A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-12-08 | 平顺县西沟龙鼎新材料科技有限公司 | 一种碳刹车盘的制备方法 |
| CN106757239B (zh) * | 2017-01-25 | 2018-10-23 | 厦门大学 | 一种碳化硅纤维表面电镀镍的方法 |
| CN107541758A (zh) * | 2017-08-01 | 2018-01-05 | 昆明理工大学 | 一种在碳基材料表面电沉积铁镍合金镀层的方法 |
| CN108532296A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-09-14 | 东华大学 | 一种碳纤维表面生长纳米SiBNC纤维的制备方法 |
| CN113185327B (zh) * | 2021-04-28 | 2022-05-31 | 大连理工大学 | 一种快速高效在碳纤维增强复合材料表面获得碳化硅晶须及其制备方法 |
-
2008
- 2008-03-19 CN CN2008100308549A patent/CN101250728B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101250728A (zh) | 2008-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101250728B (zh) | 一种碳化硅纳米纤维/碳纤维复合毡体的制备方法 | |
| US7927701B2 (en) | Vapor grown carbon fiber reinforced composite materials and methods of making and using same | |
| CN102276281B (zh) | 一种纳米碳化硅纤维增强炭/炭复合材料的制备方法 | |
| Fan et al. | Preparation of nickel coating on ZTA particles by electroless plating | |
| WO2016165400A1 (zh) | 一种泡沫金属 - 碳纳米管复合材料及其制备方法与应用 | |
| JP5839407B2 (ja) | 基板上に金属−セラミックコーティングを製造するめっき又はコーティング方法 | |
| US20100074834A1 (en) | Apparatus and method for surface-treating carbon fiber by resistive heating | |
| US20090220409A1 (en) | Continuous process for the production of carbon nanofiber reinforced continuous fiber preforms and composites made therefrom | |
| WO2009110885A1 (en) | Continuous process for the production of carbon nanotube reinforced continuous fiber preforms and composites made therefrom | |
| CN102584350B (zh) | 一种SiC/TaC陶瓷复相界面改性C/C复合材料的制备方法 | |
| CN103511525B (zh) | 一种用于高速列车的碳陶制动闸片及其制备方法 | |
| CN111235636B (zh) | 一种枝状SiC晶须的制备方法 | |
| CN108611510B (zh) | 一种CNTs/Cu复合材料及其制备方法 | |
| Zou et al. | A nanoscale core-shell of β-SiCP–Ni prepared by electroless plating at lower temperature | |
| CN107381555A (zh) | 一种结构可控的三维石墨烯及其复合材料的制备方法 | |
| CN115058885B (zh) | 一种碳纤维布表面定向SiC纳米线阵列及制备方法 | |
| Wu et al. | Fabrication of Ni@ SiC composite nanofibers by electrospinning and autocatalytic electroless plating techniques | |
| CN113321522B (zh) | 一种原位生长SiC纳米线改性SiCf/SiC陶瓷基复合材料的制备方法和应用 | |
| CN108383536A (zh) | 一种新型碳基复合材料的制备方法 | |
| CN110345183A (zh) | 一种新型改性预制体的炭陶刹车片材料及其制造方法 | |
| Bi et al. | Low-phosporous nickel-coated carbon microcoils: Controlling microstructure through an electroless plating process | |
| CN102276282B (zh) | 一种纳米炭纤维增强炭/炭复合材料的制备方法 | |
| CN109095929B (zh) | 一种碳陶刹车盘制备方法 | |
| CN104888785B (zh) | 用于CNTs制备的催化剂浆料及在不同纤维基底上制备CNTs的方法 | |
| Choi et al. | Effect of catalytic graphitization on the electric heating performance of electroless nickel-coated carbon fibers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100929 Termination date: 20110319 |