CN103724030A - 一种碳纤维增强多孔复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维增强多孔复合材料及其制备方法。其特征在于由基体、碳纤维增强体和孔隙组成，将碳纤维与玻璃纤维或石英纤维编织或叠层形成织物增强结构，通过化学气相沉积或液相浸渍的方法合成碳基、碳化硅基复合材料，然后使用氢氟酸溶液腐蚀复合材料中的玻璃纤维，得到碳纤维增强多孔复合材料。本发明的优点是可作为生物材料骨架，电介质等其他生物物质可在该复合材料内部运输。亦可在该复合材料内部通入水、液氮或其他液体、气体以吸收热量，降低材料的温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制备方法，特别是涉及一种碳纤维增强多孔复合材料及其制备方法。
技术背景
C/C复合材料的比强度、比模量高，2000℃以上的高温仍保持其高强度、摩擦性能和抗热震性能，是最有前途的高温结构材料。然而，碳在370℃的有氧气氛中开始氧化，高于500℃时迅速氧化，导致C/C复合材料毁灭性破坏。通过基体改性的方法，即在C基体中添加各种抗氧化剂，可以将C/C复合材料在空气中的抗氧化温度提高到800℃。C/SiC复合材料具有低密度、高强度、一耐高温、抗烧蚀和抗冲刷等一系列优异性能，同时具有比C/C复合材料更好的抗氧化性。但作为实际用途上的耐高温抗氧化材料，其高温抗氧化性还远远不够。因此，对用作高温热结构材料的C/C复合材料或者C/SiC复合材料必须进行合适的保护。对复合材料的保护一般有两种，一种是降低材料的温度；二是在材料表面刷涂层防止氧化。
文献“专利申请号是200810231997.6的中国发明专利”公开了一种碳材料表面高温抗氧化涂层的制备方法，该方法是采用料浆涂刷发在C材料表面制备高温抗氧化涂层，工艺简单，效率高，可重复性好，大幅降低炭材料的生产成本。但是，文献所提供的防氧化涂层的存在一个严重的缺陷是涂层结合强度较弱，在高速气流冲刷环境下，容易脱落，无法实现对基体的有效保护，致使C/C复合材料使用性能严重下降。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有碳纤维增强复合材料与涂层结合弱的缺陷，提供了一种能有效提高碳纤维增强复合材料与涂层结合强度的方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：提供一种碳纤维增强多孔复合材料，由基体、碳纤维增强体和孔隙组成，其特征在于孔隙可均匀存在于整个复合材料中或其中任一部分，尤其是可存在于复合材料表层。所述的基体为碳，或碳化硅，或上述两种材料的混合而成的材料。所述的孔隙的占整体材料的体积比率为5～35％。所述的复合材料，其特征在于所述的孔隙的由多个平行、垂直或弯曲的更细的孔道组成，细的孔道横截面为圆形，或不规则的圆形，直径为6～20μm。
本发明还公开了一种碳纤维增强多孔复合材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：
(1)碳纤维与玻璃纤维或石英纤维编织或叠层形成织物增强结构，碳纤维占纤维总量的15％～95％；
(2)通过化学气相沉积或液相浸渍的方法合成碳基、碳化硅基复合材料；
(3)将碳纤维复合材料浸渍于氢氟酸溶液中，保持一段时间；
(4)将复合材料真空除气、除水，或晾干，或热风烘干；
(5)得到碳纤维增强多孔复合材料。
本发明的有益效果：(1)碳纤维增强多孔复合材料表面有孔隙，可将涂层引入或嵌入，利用机械咬合的方式提高了结合强度；(2)由于碳纤维增强多孔复合材料内存在大量的连续孔洞，可作为生物材料骨架，电解质等其他生物物质可在该碳纤维增强复合材料内部运输；(3)通过在该碳纤维增强多孔复合材料内部通入水、液氮或其它液体、气体以吸收热量，降低材料的温度。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例一
一种碳纤维增强多孔复合材料，由基体、碳纤维增强体和孔隙组成，其孔隙存在于整个复合材料中，基体为碳。孔隙占整体材料的体积比率为10％，其孔隙的由多弯曲的更细的孔道组成，细的孔道横截面为圆形，直径为10μm。
上述多孔复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)碳纤维与玻璃纤维编织形成织物增强结构，碳纤维占纤维总量的60％；
(2)通过液相浸渍的方法合成碳基复合材料；
(3)将碳纤维复合材料浸渍于氢氟酸溶液中，保持一段时间；
(4)将复合材料真空除气、除水，热风烘干；
(5)得到碳纤维增强多孔碳基复合材料。
实施例二
一种碳纤维增强多孔复合材料，由基体、碳纤维增强体和孔隙组成，其孔隙存在于整个复合材料中，基体为碳化硅。孔隙占整体材料的体积比率为10％，其孔隙的由多弯曲的更细的孔道组成，细的孔道横截面为圆形，直径为10μm。
上述多孔复合材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)碳纤维与玻璃纤维编织形成织物增强结构，碳纤维占纤维总量的60％；
(2)通过化学气相沉积的方法合成碳化硅基复合材料；
(3)将碳纤维复合材料浸渍于氢氟酸溶液中，保持一段时间；
(4)将复合材料真空除气、除水，热风烘干；
(5)得到碳纤维增强多孔碳化硅基复合材料。
Claims (5)
1.一种碳纤维增强多孔复合材料，由基体、碳纤维增强体和孔隙组成，其特征在于孔隙可均匀存在于整个复合材料中或其中任一部分，尤其是可存在于复合材料表层。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的基体为碳，或碳化硅，或上述两种材料的混合而成的材料。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的孔隙占整体材料的体积比率为5～35％。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的孔隙的由多个平行、垂直或弯曲的更细的孔道组成，细的孔道横截面为圆形，或不规则的圆形，直径为6～20μm。
5.一种碳纤维增强多孔复合材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：
(1)碳纤维与玻璃纤维或石英纤维编织或叠层形成织物增强结构，碳纤维占纤维总量的15％～95％；
(2)通过化学气相沉积或液相浸渍的方法合成碳基、碳化硅基复合材料；
(3)将碳纤维复合材料浸渍于氢氟酸溶液中，保持一段时间；
(4)将复合材料真空除气、除水，或晾干，或热风烘干；
(5)得到碳纤维增强多孔复合材料。
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