CN1136541A - 碳/碳复合材料的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用低熔点金属/砂组成的单向真空系统制备酚醛树脂基碳/碳复合材料的方法，利用低熔点金属或合金金属和包装材料组成的隔绝外界系统，以产生压力差及单一方向扩散效应，将系统内部的气体与碳化过程中所产生的气体排出，使系统达到假真空状态，确保碳/碳复合材料在制备过程中不受氧的攻击，而具有缩短碳化时间，降低制备成本，提高产品碳化率，低污染，操作简便，设备低廉等特点。

Description

碳/碳复合材料的生产方法
本发明涉及一种碳/碳复合材料的生产方法，特别涉及一种利用低熔点金属/砂组成的单向真空系统制备酚醛树脂基的碳/碳复合材料。
所谓碳/碳复合材料是指以碳纤维增强的含有大量碳元素的树脂基材(matrix)，再进行树脂基材的碳化处理，使被增强的树脂基材也变为碳材料，而得到耐高温和耐磨的高性能复合材料。
目前制备碳/碳复合材料(Carbon/Carbon Composites)方法，根据使用的预碳化物(Precusor)材料的不同，有化学蒸馏法(Chemical Vapor Deposition；CVD)，低压热分解法(Low presure Pyrolysis)，热均压法(Hot-isostatic Press)，或这些方法的结合，其中制作碳/碳复合材料时，最主要的采用高温热分解法，将树脂中的非碳元素(如氧、氢、氮、硫等元素)排除，只残留碳元素并使之顺序排列成一定结构，因此在碳化过程中必须隔绝氧，避免高温下碳元素(C)与氧(O)反应结合成一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO2)等挥发出去，而无法达到碳化目的，因此目前都是通氮气(N2)或氩气(Ar)等惰性气体进入碳化系统，以隔绝空气进入碳化系统，并将碳化过程中的非碳元素排除，而不与碳元素产生反应。但此方法存在如下缺点，(1)碳化时间长，一般约一次需要60小时，所以生产速度极慢，制作成本高，产品昂贵；(2)氮气或氩气使用量大，成本高；(3)要达到隔绝空气进入碳化系统，则要有足够的密闭性，即需要高成本的真空设备。
本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种制备碳/碳复合材料的方法。
本发明的方法为以低熔点金属/砂组成的单向真空系统，制备酚醛树脂基(即以酚醛树脂为预碳物)碳/碳复合材料，即在热处理盒内置入预定数量的包装材料(Packing material)，将被碳化物埋入该包装材料中，且在包装材料上放置低熔点金属或合金金属，并持续予以加热，使得该低熔点金属或合金金属熔融，并完全覆盖住包装材料表面，而产生压力差效应及单向扩散效应(one way disper--sion effect)，将系统内部的气体与碳化过程中所产生的气体排出，达到最佳效果的假真空状态(Pesudo-Vacuumstate)的碳化过程。
本发明的方法中，碳化完全在假真空状态下进行，碳化可确保不受氧的攻击。
本发明的方法中，使用的包装材料一般为砂，特别是硅砂或耐高温砂，利用包装材料间的孔隙可吸收碳化过程中挥发出的物质并可保温，使碳化时间缩短。
本发明的方法中，采用间接加热方式，用一般热处理炉即可进行，不必使用真空系统，可大大降低成本费用，而且加热的温度分布均匀，不会产生过热现象，减少次品的生成率。
此外，本发明方法中，包装材料可将碳化过程产生的微小粒子滤除，使排除的废气无公害。
本发明方法中所使用的低熔点金属和包装用砂都可回收重复使用；减少了废弃物的产生并降低了成本。
图1为本发明碳化前的包装示意图；
图2为本发明开始加热至200℃的示意图；
图3为本发明加热200℃至400℃的示意图；
图4为本发明加热400℃至100℃的示意图；
图5为本发明从100℃降至25℃的示意图；
图中：1为热处理盒；2为包装材料，一般为硅砂或其它耐高温砂；3为低熔点金属，4为被碳化物。
下面结合附图详细说明本发明。
本发明先在热处理盒1内置入预定数量的包装材料1，在该包装材料1内埋入被碳化物4，且在该包装材料上放置低熔点金属或合金金属3(图1)，然后持续对该盒(置入加热装置中)加热(图2)，此时系统内的气体及碳化过程中所产生的气体开始排出，当加热至200℃-400℃时该低熔点金属或合金金属开始熔融并完全覆盖住包装材料(图3)，以隔绝外界空气进入系统内，此时碳化反应可始进行，而温度持续上升，并产生一压力差效应及单向扩散效应(图4)，也就是在系统内的压力P1大于外界压力P0，使热空气上升，外界气体不能进入系统内，待碳化完成后再让温度回复至室温25℃(图5)，在冷却过程中外界气体同样无法进入系统内，而熔融的固体金属回复原来的固体状。
综上所述，本发明利用低熔点金属和包装材料组成的隔绝外界系统，在碳化过程中产生一压力差效应及单一方向扩散效应，将系统内部的气体与碳化过程中所产生的气体排出，达到假真空状态，确保碳/碳复合材料在制备过程中，不受氧的攻击，且具有缩短碳化时间，降低制备成本，提高产品碳化率(100℃时，可达96.8％)，低污染，操作简便，设备低廉等待点。

Claims (4)

1、一种利用低熔点金属/砂组成的单向真空系统制备酚醛树脂基碳/碳复合材料的方法，包括在热处理盒内加入一定量的包装材料，在所述包装材料内埋入被碳化物，并在所述包装材料上放置低熔点金属或合金金属，再持续加热，使低熔点金属或合金完全熔融，并完全覆盖住包装材料，使整个系统形成一压力差效应及单向扩散效应，将系统内部的气体与碳化过程中所产生的气体排出，达到假真空状态，以避免氧的进攻。
2、如权利要求1的方法，其中所述的包装材料为硅砂或其他耐高温砂。
3、如权利要求1的方法，其中所述的压力差效应为系统内的压力大于外界压力。
4、如权利要求1的方法，其中所述的低熔点金属的熔点介于200℃至400℃之间。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1061960C (zh) * 1997-10-07 2001-02-14 宝山钢铁(集团)公司 集电用碳纤维增强碳复合材料及其制备方法

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CN1061960C (zh) * 1997-10-07 2001-02-14 宝山钢铁(集团)公司 集电用碳纤维增强碳复合材料及其制备方法

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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication