CN109485446B - 一种碳/碳复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种碳/碳复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109485446B CN109485446B CN201811397391.XA CN201811397391A CN109485446B CN 109485446 B CN109485446 B CN 109485446B CN 201811397391 A CN201811397391 A CN 201811397391A CN 109485446 B CN109485446 B CN 109485446B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon
- composite material
- carbon composite
- preparation
- tetrahydrofuran
- 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.)
- Active
Links
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 154
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 152
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 46
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 35
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 37
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 24
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 21
- 238000003851 corona treatment Methods 0.000 claims description 19
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 18
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 14
- 239000011302 mesophase pitch Substances 0.000 claims description 14
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 14
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 14
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 13
- BAXGJINOQBOMFG-PHEQNACWSA-N 2,7-bis[(e)-2-phenylethenyl]naphthalene Chemical compound C=1C=CC=CC=1/C=C/C(C=C1C=2)=CC=C1C=CC=2\C=C\C1=CC=CC=C1 BAXGJINOQBOMFG-PHEQNACWSA-N 0.000 claims description 9
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 2-(2-cyanopropan-2-yldiazenyl)-2-methylpropanenitrile Chemical compound N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- XIGFNCYVSHOLIF-UHFFFAOYSA-N Tetrahydro-5-isopropenyl-2-methyl-2-vinylfuran Chemical compound CC(=C)C1CCC(C)(C=C)O1 XIGFNCYVSHOLIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- WOXXJEVNDJOOLV-UHFFFAOYSA-N ethenyl-tris(2-methoxyethoxy)silane Chemical compound COCCO[Si](OCCOC)(OCCOC)C=C WOXXJEVNDJOOLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims description 9
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims description 9
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims description 8
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 7
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 abstract 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 5
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 5
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000001739 density measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
- F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
- F16D69/023—Composite materials containing carbon and carbon fibres or fibres made of carbonizable material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
- C04B2235/422—Carbon
- C04B2235/425—Graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
- C04B2235/483—Si-containing organic compounds, e.g. silicone resins, (poly)silanes, (poly)siloxanes or (poly)silazanes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
- C04B2235/6562—Heating rate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
- C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D2200/00—Materials; Production methods therefor
- F16D2200/0034—Materials; Production methods therefor non-metallic
- F16D2200/0052—Carbon
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D2200/00—Materials; Production methods therefor
- F16D2200/0082—Production methods therefor
- F16D2200/0086—Moulding materials together by application of heat and pressure
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明提供一种碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤S1预制体的制备,步骤S2单体混合物溶液的制备,步骤S3真空浸渍、固化,步骤S4高温碳化、石墨化处理。本发明还公开了根据所述制备方法制备得到的碳/碳复合材料。本发明公开的碳/碳复合材料的制备方法简单易行,设备简单,工艺可控,制备得到的碳/碳复合材料均匀致密度高、基体碳的反应活性高、电阻率更小、热导率更高。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域,涉及一种复合材料及其制备方法,尤其涉及一种碳/碳复合材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展及科技的进步,结构-功能一体化散热材料在航天航空、核工业、军工等领域越来越重要,人们对其要求也越来越高,不仅要求其具有高的力学性能,还要求其同时具有优异的热传导性能以便于其与外界的热能交换,从而控制自身温度变化以适应工作环境的变化。碳/碳复合材料就是这类材料的典型代表,它综合了纤维增强复合材料优良的力学性能及碳质材料优异的高温性能,具有高的比强度、比模量,良好的韧性以及高温下优良的强度保持率、耐蠕变和抗热震等一系列优异性能,广泛应用于航天、航空、核电、冶金、汽车等领域。
碳/碳复合材料主要制备技术包括:化学气相沉积工艺、热等静压工艺以及树脂浸渍裂解工艺。化学气相沉积工艺是碳源气体在特定温度下在碳纤维预制体孔隙内部热解沉积的工艺过程。热等静压工艺以及树脂浸渍裂解工艺是将热塑性沥青或热固性树脂浸渍进入碳纤维预制体内部,并用热处理方法在惰性气氛中将有机物转化为碳的工艺过程。与化学沉积工艺以及热等静压工艺相比,树脂浸渍裂解工艺具有生产设备要求较低、工艺控制稳定、基体结构可设计、能够成型复杂结构产品等特点,但这种方法或多或少存在热解效率差而产生少量低品质的基质、在填充孔隙度上做到不好,因碳材料的断裂增加而降低复合材料性质,均匀致密化度不够的技术缺陷。
因此,开发一种均匀致密度高、基体碳的反应活性高、设备简单、工艺可控,制备成本低廉的碳/碳复合材料符合市场需求,具有广泛的市场价值和应用前景。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种碳/碳复合材料及其制备方法,该制备方法简单易行,设备简单,工艺可控,制备得到的碳/碳复合材料均匀致密度高、基体碳的反应活性高、电阻率更小、热导率更高。
本发明可以通过以下技术方案来实现:
根据本发明所述的碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1预制体的制备:将富勒烯类纳微米纤维为基体材料,在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂,经一次热压成型得到预制体;
步骤S2单体混合物溶液的制备:将乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、2,7-二苯乙烯基萘、2-乙烯基-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)四氢呋喃、乙烯基树脂、引发剂溶于四氢呋喃中,形成浸渍液;
步骤S3真空浸渍、固化:将经过步骤S1制备得到的预制体浸泡在经过步骤S2制备得到的浸渍液中,在密闭状态下进行真空浸渍3-5小时,后在氮气或惰性气体氛围下,加热固化4-6小时,取出,在真空干燥箱80-90℃下烘至恒重,得到碳/碳复合材料坯;
步骤S4高温碳化、石墨化处理:将经过步骤S3得到的碳/碳复合材料坯首先高温碳化,然后再进行石墨化处理,得到碳/碳复合材料。
优选地,步骤S1中所述热压成型的温度为600-700摄氏度;热压压强9-12MPa,热压时间5-6小时。
优选地,步骤S1中所述基体材料在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂之前进行电晕处理。
优选地,所述电晕处理工艺为将基体材料放入等离子体腔内,在功率为180-200W下电晕处理15-20min。
优选地,步骤S2中所述乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、2,7-二苯乙烯基萘、2-乙烯基-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)四氢呋喃、乙烯基树脂、引发剂、四氢呋喃的质量比为2:1:0.5:1:0.05:(10-20)。
优选地,所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种。
优选地,所述惰性气体选自氦气、氖气、氩气中的一种。
优选地,步骤S4中所述高温碳化工艺为以10-15℃/min的升温速率升温至1300-1400℃进行高温碳化。
优选地,步骤S4中所述石墨化处理的工艺为以5-10℃/min的升温速率升温至2900-3100℃下进行石墨化处理。
一种碳/碳复合材料,采用上述碳/碳复合材料的制备方法制备得到。
一种应用了上述碳/碳复合材料的制品,其包括制动衬片。
相比于现有技术,本发明的有益效果为:
(1)本发明公开的碳/碳复合材料的制备方法,简单易行,设备简单,工艺可控,效率高,生产成本低,绿色无污染,适用于大规模生产。
(2)本发明公开的碳/碳复合材料,避免了树脂浸渍裂解工艺法制备碳/碳复合材料或多或少存在热解效率差而产生少量低品质的基质、在填充孔隙度上做到不好,因碳材料的断裂增加而降低复合材料性质,均匀致密化度不够的技术缺陷,具有均匀致密度高、基体碳的反应活性高、电阻率更小、热导率更高、耐磨性高的优点。
(3)本发明公开的碳/碳复合材料,采用富勒烯类纳微米纤维作为基体材料,由于富勒烯类纳微米纤维的特定结构使其更易与浸渍液接触,从而提高材料的均匀致密性,耐温性,机械性能和耐磨性也有改善,制备得到的材料综合性能更佳。
(4)本发明公开的碳/碳复合材料,采用单体混合物浸渍,再交联固化形成碳/碳复合材料坯,这样操作简单易行,避免了树脂浸渍高粘度液态基质前体在填充孔隙度上做得不好,并且将因碳材料的断裂增加而降低复合材料性质,且浸渍液通过各种不同单体合理配伍,使得碳收率更高,热解效率更高。加入硅氧烷单体,与基体材料通过化学键连接,有利于提高相容性和分散性,进而提高材料综合性能。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合实施例对本发明产品作进一步详细的说明。
本发明实施例中涉及到的富勒烯类纳微米纤维为预先制备,制备方法参见中国发明专利CN100581998C,其它原料购自阿拉丁试剂公司。
实施例1
一种碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1预制体的制备:将富勒烯类纳微米纤维为基体材料,在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂,经一次热压成型得到预制体;所述热压成型的温度为600摄氏度;热压压强9MPa,热压时间5小时;所述基体材料在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂之前进行电晕处理;所述电晕处理工艺为将基体材料放入等离子体腔内,在功率为180W下电晕处理15min;
步骤S2单体混合物溶液的制备:将乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷2kg、2,7-二苯乙烯基萘1kg、2-乙烯基-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)四氢呋喃0.5kg、乙烯基树脂1kg、偶氮二异丁腈0.05kg溶于四氢呋喃10kg中,形成浸渍液;
步骤S3真空浸渍、固化:将经过步骤S1制备得到的预制体浸泡在经过步骤S2制备得到的浸渍液中,在密闭状态下进行真空浸渍3小时,后在氮气氛围下,加热固化4小时,取出,在真空干燥箱80℃下烘至恒重,得到碳/碳复合材料坯;
步骤S4高温碳化、石墨化处理:将经过步骤S3得到的碳/碳复合材料坯首先高温碳化,然后再进行石墨化处理,得到碳/碳复合材料;所述高温碳化工艺为以10℃/min的升温速率升温至1300℃进行高温碳化;所述石墨化处理的工艺为以5℃/min的升温速率升温至2900℃下进行石墨化处理。
一种碳/碳复合材料,采用上述碳/碳复合材料的制备方法制备得到。
一种应用了上述碳/碳复合材料的制品,其包括制动衬片。
实施例2
一种碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1预制体的制备:将富勒烯类纳微米纤维为基体材料,在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂,经一次热压成型得到预制体;步骤S1中所述热压成型的温度为630摄氏度;热压压强10MPa,热压时间5.3小时;所述基体材料在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂之前进行电晕处理;所述电晕处理工艺为将基体材料放入等离子体腔内,在功率为185W下电晕处理16min;
步骤S2单体混合物溶液的制备:将乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷2kg、2,7-二苯乙烯基萘1kg、2-乙烯基-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)四氢呋喃0.5kg、乙烯基树脂1kg、偶氮二异庚腈0.05kg溶于四氢呋喃13kg中,形成浸渍液;
步骤S3真空浸渍、固化:将经过步骤S1制备得到的预制体浸泡在经过步骤S2制备得到的浸渍液中,在密闭状态下进行真空浸渍3.5小时,后在氦气氛围下,加热固化4.5小时,取出,在真空干燥箱83℃下烘至恒重,得到碳/碳复合材料坯;
步骤S4高温碳化、石墨化处理:将经过步骤S3得到的碳/碳复合材料坯首先高温碳化,然后再进行石墨化处理,得到碳/碳复合材料;所述高温碳化工艺为以11℃/min的升温速率升温至1320℃进行高温碳化;所述石墨化处理的工艺为以6℃/min的升温速率升温至2950℃下进行石墨化处理。
一种碳/碳复合材料,采用上述碳/碳复合材料的制备方法制备得到。
一种应用了上述碳/碳复合材料的制品,其包括制动衬片。
实施例3
一种碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1预制体的制备:将富勒烯类纳微米纤维为基体材料,在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂,经一次热压成型得到预制体;所述热压成型的温度为650摄氏度;热压压强10.5MPa,热压时间5.5小时;所述基体材料在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂之前进行电晕处理;所述电晕处理工艺为将基体材料放入等离子体腔内,在功率为190W下电晕处理18min;
步骤S2单体混合物溶液的制备:将乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷2kg、2,7-二苯乙烯基萘1kg、2-乙烯基-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)四氢呋喃0.5kg、乙烯基树脂1kg、偶氮二异丁腈0.05kg溶于四氢呋喃16kg中,形成浸渍液;
步骤S3真空浸渍、固化:将经过步骤S1制备得到的预制体浸泡在经过步骤S2制备得到的浸渍液中,在密闭状态下进行真空浸渍4小时,后在氖气氛围下,加热固化5小时,取出,在真空干燥箱86℃下烘至恒重,得到碳/碳复合材料坯;
步骤S4高温碳化、石墨化处理:将经过步骤S3得到的碳/碳复合材料坯首先高温碳化,然后再进行石墨化处理,得到碳/碳复合材料;所述高温碳化工艺为以13℃/min的升温速率升温至1360℃进行高温碳化;所述石墨化处理的工艺为以7℃/min的升温速率升温至3000℃下进行石墨化处理。
一种碳/碳复合材料,采用上述碳/碳复合材料的制备方法制备得到。
一种应用了上述碳/碳复合材料的制品,其包括制动衬片。
实施例4
一种碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1预制体的制备:将富勒烯类纳微米纤维为基体材料,在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂,经一次热压成型得到预制体;所述热压成型的温度为680摄氏度;热压压强11MPa,热压时间5.8小时;所述基体材料在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂之前进行电晕处理;所述电晕处理工艺为将基体材料放入等离子体腔内,在功率为195W下电晕处理18min;
步骤S2单体混合物溶液的制备:将乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷2kg、2,7-二苯乙烯基萘1kg、2-乙烯基-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)四氢呋喃0.5kg、乙烯基树脂1kg、引发剂0.05kg溶于四氢呋喃18kg中,形成浸渍液;所述引发剂是偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈按质量比2:3混合而成的混合物;
步骤S3真空浸渍、固化:将经过步骤S1制备得到的预制体浸泡在经过步骤S2制备得到的浸渍液中,在密闭状态下进行真空浸渍4.5小时,后在氩气氛围下,加热固化5.5小时,取出,在真空干燥箱88℃下烘至恒重,得到碳/碳复合材料坯;
步骤S4高温碳化、石墨化处理:将经过步骤S3得到的碳/碳复合材料坯首先高温碳化,然后再进行石墨化处理,得到碳/碳复合材料;所述高温碳化工艺为以14℃/min的升温速率升温至1390℃进行高温碳化;所述石墨化处理的工艺为以9℃/min的升温速率升温至3050℃下进行石墨化处理。
一种碳/碳复合材料,采用上述碳/碳复合材料的制备方法制备得到。
一种应用了上述碳/碳复合材料的制品,其包括制动衬片。
实施例5
一种碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1预制体的制备:将富勒烯类纳微米纤维为基体材料,在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂,经一次热压成型得到预制体;所述热压成型的温度为700摄氏度;热压压强12MPa,热压时间6小时;所述基体材料在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂之前进行电晕处理;所述电晕处理工艺为将基体材料放入等离子体腔内,在功率为200W下电晕处理20min;
步骤S2单体混合物溶液的制备:将乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷2kg、2,7-二苯乙烯基萘1kg、2-乙烯基-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)四氢呋喃0.5kg、乙烯基树脂1kg、偶氮二异庚腈0.05kg溶于四氢呋喃20kg中,形成浸渍液;
步骤S3真空浸渍、固化:将经过步骤S1制备得到的预制体浸泡在经过步骤S2制备得到的浸渍液中,在密闭状态下进行真空浸渍5小时,后在氮气氛围下,加热固化6小时,取出,在真空干燥箱90℃下烘至恒重,得到碳/碳复合材料坯;
步骤S4高温碳化、石墨化处理:将经过步骤S3得到的碳/碳复合材料坯首先高温碳化,然后再进行石墨化处理,得到碳/碳复合材料;所述高温碳化工艺为以15℃/min的升温速率升温至1400℃进行高温碳化;所述石墨化处理的工艺为以10℃/min的升温速率升温至3100℃下进行石墨化处理。
一种碳/碳复合材料,采用上述碳/碳复合材料的制备方法制备得到。
一种应用了上述碳/碳复合材料的制品,其包括制动衬片。
对比例
本例提供一种致密碳/碳复合材料,其制备方法参见CN107382355A。
同时,为了评估本发明所述碳/碳复合材料的具体技术效果,分别对本发明实施例及对比例中相关性能进行测试,测试结果见表1,测试方法如下:
(1)密度测量:碳品质越高,所述碳的密度越高。在较高的密度下,所生成的碳化产物复合材料的性质得到改善,例如提高了在较高温度下的耐久性、提高了热导和电导率、和提高了结构强度,碳化产物的密度可以利用比重瓶表征。
(2)碳收率测量:碳收率(%C)通过利用TA Instruments Q5000热重分析仪在氮气下以10℃/分钟从25℃上升到1000℃的温度,而通过热重分析测定。“%C”定义为上述分析完成时的wt%残余。
(3)孔隙度测量:孔隙度可以通过使惰性气体例如氦气或液体例如异丙醇、水或煤油流过所述复合材料来测量。例如,对于氦气测量可以使用比重瓶。通常,基于复合材料的总体积,其中%孔隙度可利用下式计算:%孔隙度=被泡沫吸收的液体重量/(被吸收的液体的密度×泡沫体积)。
(4)电阻率:按照国标GB/T32993-2016的方法测定。
(5)热导率:按照QJ20169-2012的方法测定。
表1
检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例 |
密度 | 2.02 | 2.11 | 2.19 | 2.25 | 2.30 | 1.80 |
碳收率(%) | >65 | >67 | >69 | >70 | >71 | 60 |
孔隙度(%) | 1.0 | 0.9 | 0.8 | 0.6 | 0.5 | 2.0 |
电阻率(μΩ.m) | 1.5 | 1.3 | 1.0 | 0.8 | 0.6 | 2.3 |
热导率(W/m.K) | 880 | 885 | 888 | 892 | 895 | 830 |
从表1可以看到,本发明实施例公开的碳/碳复合材料与现有技术中的碳/碳复合材料相比,具有更大的密度和碳收率,更小的孔隙率和电阻率,导电性更好,热导率更高。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1预制体的制备:将富勒烯类纳微米纤维为基体材料,在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂,经一次热压成型得到预制体;
步骤S2单体混合物溶液的制备:将乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、2,7-二苯乙烯基萘、2-乙烯基-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)四氢呋喃、乙烯基树脂、引发剂溶于四氢呋喃中,形成浸渍液;
步骤S3真空浸渍、固化:将经过步骤S1制备得到的预制体浸泡在经过步骤S2制备得到的浸渍液中,在密闭状态下进行真空浸渍3-5小时,后在氮气或惰性气体氛围下,加热固化4-6小时,取出,在真空干燥箱80-90℃下烘至恒重,得到碳/碳复合材料坯;
步骤S4高温碳化、石墨化处理:将经过步骤S3得到的碳/碳复合材料坯首先高温碳化,然后再进行石墨化处理,得到碳/碳复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,步骤S1中所述热压成型的温度为600-700摄氏度;热压压强9-12MPa,热压时间5-6小时。
3.根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,步骤S1中所述基体材料在其表面涂覆一层中间相沥青粘结剂之前进行电晕处理。
4.根据权利要求3所述的一种碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,所述电晕处理工艺为将基体材料放入等离子体腔内,在功率为180-200W下电晕处理15-20min。
5.根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,步骤S2中所述乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、2,7-二苯乙烯基萘、2-乙烯基-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)四氢呋喃、乙烯基树脂、引发剂、四氢呋喃的质量比为2:1:0.5:1:0.05:(10-20)。
6.根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种;所述惰性气体选自氦气、氖气、氩气中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,步骤S4中所述高温碳化工艺为以10-15℃/min的升温速率升温至1300-1400℃进行高温碳化。
8.根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料的制备方法,其特征在于,步骤S4中所述石墨化处理的工艺为以5-10℃/min的升温速率升温至2900-3100℃下进行石墨化处理。
9.一种碳/碳复合材料,采用如权利要求1-8任一项所述一种碳/碳复合材料的制备方法制备得到。
10.一种应用了权利要求9所述一种碳/碳复合材料的制品,其包括制动衬片。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811397391.XA CN109485446B (zh) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | 一种碳/碳复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811397391.XA CN109485446B (zh) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | 一种碳/碳复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109485446A CN109485446A (zh) | 2019-03-19 |
CN109485446B true CN109485446B (zh) | 2021-11-09 |
Family
ID=65697392
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811397391.XA Active CN109485446B (zh) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | 一种碳/碳复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109485446B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110131343B (zh) * | 2019-06-05 | 2021-02-02 | 西安航空制动科技有限公司 | 一种汽车刹车盘的制备方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101250059A (zh) * | 2008-01-25 | 2008-08-27 | 上海纳晶科技有限公司 | 轻质高导热碳纳米复合材料的制备方法 |
CN102180458A (zh) * | 2011-03-25 | 2011-09-14 | 深圳市贝特瑞纳米科技有限公司 | 纳米碳材料分散液及其制备方法和设备 |
CN104528693A (zh) * | 2009-05-26 | 2015-04-22 | 创业发展联盟技术有限公司 | 碳材料及其制造方法 |
WO2015148781A1 (en) * | 2014-03-25 | 2015-10-01 | University Of Houston System | Synthesis of carbon nanoreinforcements for structural applications |
CN105859930A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-08-17 | 东华大学 | 一种热塑性树脂基碳纤维复合材料及其制备方法 |
CN105906749A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-08-31 | 东华大学 | 一种热塑性树脂基碳纤维复合材料及其制备方法 |
CN106928646A (zh) * | 2017-03-09 | 2017-07-07 | 南通山剑石墨设备有限公司 | 一种石墨烯改性酚醛树脂及其制备方法 |
CN108024568A (zh) * | 2015-06-30 | 2018-05-11 | R.J.雷诺兹烟草公司 | 用于吸烟制品的气溶胶发生系统的生热段 |
-
2018
- 2018-11-22 CN CN201811397391.XA patent/CN109485446B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101250059A (zh) * | 2008-01-25 | 2008-08-27 | 上海纳晶科技有限公司 | 轻质高导热碳纳米复合材料的制备方法 |
CN104528693A (zh) * | 2009-05-26 | 2015-04-22 | 创业发展联盟技术有限公司 | 碳材料及其制造方法 |
CN102180458A (zh) * | 2011-03-25 | 2011-09-14 | 深圳市贝特瑞纳米科技有限公司 | 纳米碳材料分散液及其制备方法和设备 |
WO2015148781A1 (en) * | 2014-03-25 | 2015-10-01 | University Of Houston System | Synthesis of carbon nanoreinforcements for structural applications |
CN108024568A (zh) * | 2015-06-30 | 2018-05-11 | R.J.雷诺兹烟草公司 | 用于吸烟制品的气溶胶发生系统的生热段 |
CN105859930A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-08-17 | 东华大学 | 一种热塑性树脂基碳纤维复合材料及其制备方法 |
CN105906749A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-08-31 | 东华大学 | 一种热塑性树脂基碳纤维复合材料及其制备方法 |
CN106928646A (zh) * | 2017-03-09 | 2017-07-07 | 南通山剑石墨设备有限公司 | 一种石墨烯改性酚醛树脂及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109485446A (zh) | 2019-03-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2543650B1 (en) | Method for manufacturing high-density fiber reinforced ceramic composite materials | |
CN102424597B (zh) | 碳/碳-碳化硅陶瓷复合材料的制备方法 | |
CN108101566B (zh) | Rtm工艺辅助制备碳化硅陶瓷基复合材料构件的方法 | |
CN106966748B (zh) | 耐超高温且有自愈合能力的陶瓷基复合材料及其制备方法 | |
CN113666748B (zh) | 一种石墨材料的制备方法及石墨材料 | |
CN108947556B (zh) | 一种基于单向带工艺的碳碳复合材料制备方法 | |
CN115448744B (zh) | 一种碳/碳喉衬的制备方法 | |
CN109627034A (zh) | 一种高导热c/c复合材料的制备 | |
CN109485446B (zh) | 一种碳/碳复合材料及其制备方法 | |
CN113307646B (zh) | 一种高导热高纯石墨基复合材料及其制备方法 | |
KR101122696B1 (ko) | 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법 | |
CN114436669A (zh) | 一种一维高导热c/c复合材料的制备方法 | |
CN113121253B (zh) | 一种超高温C/SiHfBCN陶瓷基复合材料及其制备方法 | |
CN116143537B (zh) | 含抗氧化涂层的复合碳碳坩埚及制备方法 | |
CN109095929B (zh) | 一种碳陶刹车盘制备方法 | |
CN104478460A (zh) | 一种纤维增强碳化硅复合材料的制备方法 | |
CN115180969A (zh) | 一种高导热碳碳复合材料及其制备方法 | |
CN113698220A (zh) | 一种纤维增强碳化硅复合材料的制备方法及纤维增强碳化硅复合材料 | |
JPH0848509A (ja) | 炭素質多孔体の製造方法 | |
JPH0710753B2 (ja) | 耐酸化性を有する炭素繊維強化複合材料の製造法 | |
CN110862267A (zh) | 一种石墨烯掺杂c/c复合材料及其制备方法 | |
JP3058180B2 (ja) | 炭化硼素含有炭素繊維強化炭素複合材料、その製造方法及びこれを用いたホットプレス用材料 | |
CN114751759B (zh) | 一种机械密封件的摩擦副材料的制备方法 | |
CN115872766B (zh) | 碳碳材料保温装置的制备方法和保温装置 | |
JP2521795B2 (ja) | 耐酸化性を有する炭素繊維強化複合材料の製造法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230322 Address after: Unit 101, Building 12, Hainacheng Headquarters Park, 555 Meili Road, Huaiyin District, Jinan City, Shandong Province, 250000 Patentee after: Yuema Holdings Co.,Ltd. Address before: 422000 group 4, Baishu village, Zhengdong Road, Niangxi Town, Xinshao County, Shaoyang City, Hunan Province Patentee before: HUNAN ZHONGDE NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. |