CN115894062A - 一种低成本碳/石墨喉衬材料及其制备方法 - Google Patents

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严科飞
李婷
樊哲
杨俊杰
张川
谢宗凯
刘禹竺
李翔
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Abstract

本发明提供一种低成本碳/石墨喉衬材料及其制备方法，以解决现有的C/C复合材料喉衬制备周期长、成本高的问题。一种低成本碳/石墨喉衬材料制备方法，步骤为S1：制备碳纤维骨架；S2：石墨粉沥青混合料填充‑碳化，将石墨粉和沥青混合均匀，填入碳纤维骨架内，并进行振荡处理使其填实，再放入碳化炉内进行碳化处理；S3：沥青浸渍‑碳化，对S2获得的毛坯浸渍沥青，并进行碳化处理；S4：石墨化处理，对S3获得毛坯进行石墨化处理，处理温度为2500℃；S5：通过重复S3和S4过程次数获得密度为1.85g/cm3以上复合材料。本发明相比C/C复合材料制备方法具有快速低成本的特点，相比石墨材料具有强度高的特点。

Description

一种低成本碳/石墨喉衬材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及固体火箭发动机喷管技术领域，具体涉及一种低成本碳/石墨喉衬材料及其制备方法。
背景技术
喷管作为固体火箭发动机的重要组成部分，其功能是使燃烧室内产生的高温高压燃气流经喷管时得到加速，产生推动导弹飞行的推力。在喷管结构中，喉衬是实现热能转化为动能的关键部件。
现有的C/C复合材料喉衬采用化学气相沉积或树脂(沥青)浸渍碳化或两者的复合工艺制备而成，存在制备周期长、成本高的问题。采用石墨材料存在强度低、可靠性低的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明提供一种低成本碳/石墨喉衬材料及其制备方法，以解决现有的制备工艺周期长、成本高等问题。
为解决技术问题本发明采用的技术方案
一种低成本碳/石墨喉衬材料制备方法，其制备过程如下：
S1：制备碳纤维骨架，骨架的X向、Y向、Z向两束纤维间距1.5mm-2mm；
S2：石墨粉沥青混合料填充-碳化，将石墨粉和沥青混合均匀，填入碳纤维骨架内，并进行振荡处理使其填实，而后放入碳化炉内进行碳化处理；
S3：沥青浸渍-碳化，对S2获得的毛坯浸渍沥青，并进行碳化处理；
S4：石墨化处理，对S3获得毛坯进行石墨化处理，处理温度为2500℃；
S5：通过重复S3和S4过程次数获得密度为1.85g/cm3以上复合材料。
进一步地，所述S3浸渍沥青为中温煤沥青。
一种低成本碳/石墨喉衬材料为碳纤维增强石墨材料，其密度为1.85g/cm3。
本发明获得的技术效果
本发明提供的一种低成本碳/石墨材料喉衬及其制备方法，是将碳纤维骨架优异的力学性能与石墨材料制备工艺复合起来，制备碳/石墨材料，相比C/C复合材料制备方法具有快速低成本的特点，相比石墨材料具有强度高的特点。
附图说明
图1：本发明的制备方法流程图。
具体实施方式
一种低成本碳/石墨喉衬材料，其为碳纤维增强的石墨材料，其密度为1.85g/cm3以上。其制备过程如下：
首先制备碳纤维骨架；石墨粉/沥青粉混合，填充-碳化；沥青浸渍-碳化；石墨化处理；通过重复步骤3和步骤4过程次数获得密度为1.85g/cm3以上复合材料。
为使本发明所提出的技术方案的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图，对本发明所提出的技术方案的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是所提出的技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明实施实例一：
本发明提供低成本碳/石墨材料喉衬及其制备方法，如图1所示，其为碳纤维骨架增强石墨复合材料。
一种低成本碳/石墨材料喉衬及其制备方法，特征在于，其制备过程如下：
首先制备碳纤维骨架，骨架的X向、Y向、z向两束纤维间距为2mm。所述的碳纤维为T300-24K碳纤维。
将石墨粉和沥青混合均匀，填入碳纤维骨架内，并进行振荡处理使其填实；而后放入碳化炉内进行碳化处理。
所述的石墨粉和沥青的比例为5：1。所述的石墨粉的粒径300μm。所述的碳化处理温度为850℃。
对步骤2获得的毛坯浸渍沥青，并进行碳化处理。
所述的浸渍沥青为高温煤沥青，浸渍温度为260℃，浸渍压力为2.0MPa。
对步骤3获得毛坯进行石墨化处理，处理温度为2350℃；
通过重复步骤3和步骤4过程5次。
获得碳/石墨复合材料的密度为1.87g/cm3，拉伸强度为65MPa，弯曲强度为108MPa。
本发明实施实例二：
本发明提供低成本碳/石墨材料喉衬及其制备方法，如图1所示，其为碳纤维骨架增强石墨复合材料。
一种低成本碳/石墨材料喉衬及其制备方法，特征在于，其制备过程如下：
首先制备碳纤维骨架，骨架的X向、Y向、Z向两束纤维间距为1.5mm，所述的碳纤维为T700-12K。
将石墨粉和沥青混合均匀，填入碳纤维骨架内，并进行振荡处理使其填实；而后放入碳化炉内进行碳化处理。
所述的石墨粉和沥青的比例为8：1。所述的石墨粉的粒径≤250μm。所述的碳化处理温度为700℃。
对步骤2获得的毛坯浸渍沥青，并进行碳化处理。
所述的浸渍沥青为中温煤沥青，浸渍温度为180℃，浸渍压力为1.5MPa。
对步骤3获得毛坯进行石墨化处理，处理温度为2500℃；
通过重复步骤3和步骤4过程6次。
获得碳/石墨复合材料的密度为1.90g/cm3，拉伸强度为85MPa，弯曲强度为131MPa。

Claims (3)

1.一种低成本碳/石墨喉衬材料制备方法，其特征在于，其制备过程如下：
S1：制备碳纤维骨架，骨架的X向、Y向、Z向两束纤维间距1.5mm-2mm；
S2：石墨粉沥青混合料填充-碳化，将石墨粉和沥青混合均匀，填入碳纤维骨架内，并进行振荡处理使其填实，而后放入碳化炉内进行碳化处理；
S3：沥青浸渍-碳化，对S2获得的毛坯浸渍沥青，并进行碳化处理；
S4：石墨化处理，对S3获得毛坯进行石墨化处理，处理温度为2500℃；
S5：通过重复S3和S4过程次数获得密度为1.85g/cm3以上复合材料。
2.根据权利要求1所述的低成本碳/石墨喉衬材料制备方法，其特征在于，所述S3浸渍沥青为中温煤沥青。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的制备方法，其特征在于：制得的材料为碳纤维增强石墨材料，其密度为1.85g/cm3。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106631083A (zh) * 2016-09-30 2017-05-10 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 一种受电弓滑板用短切碳纤维增强碳/碳复合材料的制备方法
CN112194497A (zh) * 2020-09-04 2021-01-08 山东理工大学 一种低温热压高温无压两步法烧结制备c/c复合材料的方法
CN114133262A (zh) * 2021-12-31 2022-03-04 富优特(山东)新材料科技有限公司 一种制备碳/碳复合材料的湿法针刺工艺

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