CN112174686A - 一种一毫米厚薄片状碳/碳复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种一毫米厚薄片状碳/碳复合材料的制备方法，利用碳纤维束层叠交错的铺设方法，通过改变奇数层与偶数层碳纤维束的角度进行微错位平铺。与传统单向平铺和十字交叉平铺相比，该方法所制备的碳/碳复合材料具有厚度薄、韧性好、强度高、面密度低、导热率高等优点。本发明不仅解决了航天领域所需低厚度、高导热碳/碳复合材料的制备问题，而且有效降低了碳/碳复合材料的面密度，使得具有低厚度和高导热率的碳/碳复合材料的工程应用价值更大、应用领域更广。

Description

一种一毫米厚薄片状碳/碳复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于碳/碳复合材料的制备方法，涉及一种一毫米厚薄片状碳/碳复合材料的制备方法，尤其涉及一种采用交叉铺设碳纤维束的方法，完成的一毫米厚薄片状碳/碳复合材料。
背景技术
随着技术的高度发展，碳/碳复合材料因具有低密度、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，成为了最有发展前途的高温材料之一，被广泛用于航空航天领域。薄片状碳/碳复合材料因具有较低的面密度和高导热率，在航空航天领域发挥着越来越重要的作用。在某些特定服役环境下，例如：散热翅片要求薄壁、单向高导热。如果使用单向铺层的增强体结构，则由于垂直于纤维方向无增强、薄壁而导致该方向易开裂。本发明通过采用层叠交错的微错位平铺方法，将偶数层的碳纤维束与奇数层的碳纤维束铺设方向错位。本发明所制备出的一毫米厚薄片状碳/碳复合材料不仅具有良好的韧性和强度，而且具有较低的面密度和较高的导热率，在航天航空领域具有巨大的工程应用价值。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种一毫米厚薄片状碳/碳复合材料的制备方法，针对薄片状碳/碳复合材料要求构件具有较高的单向力学及热学性能，同时又要保证其在垂直于纤维方向具有一定强度，不发生开裂，提出一种既可以增强薄片状碳/碳复合材料的韧性防止开裂，又可以有效降低面密度提高导热率的碳纤维束铺设方法完成一毫米厚薄片状碳/碳复合材料的制备。
技术方案
一种一毫米厚薄片状碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将碳纤维束沿着垂直于双面胶带径向的方向进行平行铺设；第二层碳纤维束铺设方向与第一层碳纤维束方向呈顺时针或逆时针3～8°；第三层碳纤维束方向与第二层碳纤维束方向呈逆时针或顺时针3～8°，且与第一层碳纤维束方向平行；所述双面胶带至少为两根，设置于碳纤维束的两端；
步骤2：将铺设完成后的碳纤维布置于两块石墨模具中间，采用石墨螺栓紧固两块石墨模具；
步骤3：放入气相化学沉积炉中，按照碳/碳复合材料的沉积工艺参数进行沉积处理；
步骤4：再放入石墨化炉中，按照碳/碳复合材料的石墨化工艺参数进行石墨化处理，得到一毫米厚薄片状碳/碳复合材料。
对步骤4完成后薄片状碳/碳复合材料进行表面处理。
有益效果
本发明提出的一种一毫米厚薄片状碳/碳复合材料的制备方法，利用碳纤维束层叠交错的铺设方法，通过改变奇数层与偶数层碳纤维束的角度进行微错位平铺。与传统单向平铺和十字交叉平铺相比，该方法所制备的碳/碳复合材料具有厚度薄、韧性好、强度高、面密度低、导热率高等优点。本发明不仅解决了航天领域所需低厚度、高导热碳/碳复合材料的制备问题，而且有效降低了碳/碳复合材料的面密度，使得具有低厚度和高导热率的碳/碳复合材料的工程应用价值更大、应用领域更广。
附图说明
图1：碳纤维束层与层铺设方法示意图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1：
将碳纤维束沿着单一方向进行紧密且平行铺设；完成第一层碳纤维束平铺后，再进行第二层碳纤维束平铺，第二层碳纤维束铺设方向与第一层碳纤维束方向呈顺时针3°；完成第二层碳纤维束平铺后，再进行第三层碳纤维束平铺，第三层碳纤维束铺设方向与第二层碳纤维束方向呈逆时针3°。
将铺设完成后的碳纤维布放于两块石墨模具中间，并使用石墨螺栓紧固；
放入气相化学沉积炉中，按照碳/碳复合材料的沉积工艺参数进行沉积处理；
再放入石墨化炉中，按照碳/碳复合材料的石墨化工艺参数进行石墨化处理，得到一毫米厚薄片状碳/碳复合材料。
对完成后薄片状碳/碳复合材料进行表面处理。
实施例2：
将碳纤维束沿着单一方向进行紧密且平行铺设；完成第一层碳纤维束平铺后，再进行第二层碳纤维束平铺，第二层碳纤维束铺设方向与第一层碳纤维束方向呈顺时针4°；完成第二层碳纤维束平铺后，再进行第三层碳纤维束平铺，第三层碳纤维束铺设方向与第二层碳纤维束方向呈逆时针4°。
将铺设完成后的碳纤维布放于两块石墨模具中间，并使用石墨螺栓紧固；
放入气相化学沉积炉中，按照碳/碳复合材料的沉积工艺参数进行沉积处理；
再放入石墨化炉中，按照碳/碳复合材料的石墨化工艺参数进行石墨化处理，得到一毫米厚薄片状碳/碳复合材料。
对完成后薄片状碳/碳复合材料进行表面处理。
实施例3：
将碳纤维束沿着单一方向进行紧密且平行铺设；完成第一层碳纤维束平铺后，再进行第二层碳纤维束平铺，第二层碳纤维束铺设方向与第一层碳纤维束方向呈顺时针5°；完成第二层碳纤维束平铺后，再进行第三层碳纤维束平铺，第三层碳纤维束铺设方向与第二层碳纤维束方向呈逆时针5°。
将铺设完成后的碳纤维布放于两块石墨模具中间，并使用石墨螺栓紧固；
放入气相化学沉积炉中，按照碳/碳复合材料的沉积工艺参数进行沉积处理；
再放入石墨化炉中，按照碳/碳复合材料的石墨化工艺参数进行石墨化处理，得到一毫米厚薄片状碳/碳复合材料。
对完成后薄片状碳/碳复合材料进行表面处理。
实施例4：
将碳纤维束沿着单一方向进行紧密且平行铺设；完成第一层碳纤维束平铺后，再进行第二层碳纤维束平铺，第二层碳纤维束铺设方向与第一层碳纤维束方向呈顺时针6°；完成第二层碳纤维束平铺后，再进行第三层碳纤维束平铺，第三层碳纤维束铺设方向与第二层碳纤维束方向呈逆时针6°。
将铺设完成后的碳纤维布放于两块石墨模具中间，并使用石墨螺栓紧固；
放入气相化学沉积炉中，按照碳/碳复合材料的沉积工艺参数进行沉积处理；
再放入石墨化炉中，按照碳/碳复合材料的石墨化工艺参数进行石墨化处理，得到一毫米厚薄片状碳/碳复合材料。
对完成后薄片状碳/碳复合材料进行表面处理。
实施例5：
将碳纤维束沿着单一方向进行紧密且平行铺设；完成第一层碳纤维束平铺后，再进行第二层碳纤维束平铺，第二层碳纤维束铺设方向与第一层碳纤维束方向呈顺时针8°；完成第二层碳纤维束平铺后，再进行第三层碳纤维束平铺，第三层碳纤维束铺设方向与第二层碳纤维束方向呈逆时针8°。
将铺设完成后的碳纤维布放于两块石墨模具中间，并使用石墨螺栓紧固；
放入气相化学沉积炉中，按照碳/碳复合材料的沉积工艺参数进行沉积处理；
再放入石墨化炉中，按照碳/碳复合材料的石墨化工艺参数进行石墨化处理，得到一毫米厚薄片状碳/碳复合材料。
对完成后薄片状碳/碳复合材料进行表面处理。

Claims (2)

1.一种一毫米厚薄片状碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将碳纤维束沿着垂直于双面胶带径向的方向进行平行铺设；第二层碳纤维束铺设方向与第一层碳纤维束方向呈顺时针或逆时针3～8°；第三层碳纤维束方向与第二层碳纤维束方向呈逆时针或顺时针3～8°，且与第一层碳纤维束方向平行；所述双面胶带至少为两根，设置于碳纤维束的两端；
步骤2：将铺设完成后的碳纤维布置于两块石墨模具中间，采用石墨螺栓紧固两块石墨模具；
步骤3：放入气相化学沉积炉中，按照碳/碳复合材料的沉积工艺参数进行沉积处理；
步骤4：再放入石墨化炉中，按照碳/碳复合材料的石墨化工艺参数进行石墨化处理，得到一毫米厚薄片状碳/碳复合材料。
2.根据权利要求1所述的一毫米厚薄片状碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于：对步骤4完成后薄片状碳/碳复合材料进行表面处理。
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