CN116375489A - 一种碳-碳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‑碳复合材料及其制备方法，涉及材料领域；S1、坯体制备；S2、浸渍剂的制备；S3、预制体浸渍；S4、碳化处理；S5、高温处理；本发明中的碳碳复合材料的密度和硬度高，耐磨损，使用寿命长且综合性能优异；并且解决现有技术中存在强度低导致的生产成本高的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，具体的说，尤其涉及一种碳-碳复合材料及其制备方法。
背景技术
碳碳复合材料摩擦磨损性能优异，具有轻量化、噪音低、减震性、制动性、安全性好的特点，已经成为各类生产中急需和渴望的产品。
然而现有的碳碳复合材料制备技术生产周期长，成本高，寿命短，成为制约该材料大规模应用的瓶颈。
因此，急需通过技术创新，形成一整套新的技术方案，能够高效制备高性能、低成本的碳碳复合材料，满足日益增长的市场需求，解决行业痛点。
发明内容
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供一种碳-碳复合材料，其中，碳复合材料包括碳纤维、气相沉积成碳、浸渍成碳，其中碳纤维、气相沉积成碳、浸渍成碳的质量比为（2-3）：（3-5）：（2-5）。
一种碳-碳复合材料的制备方法，其中，包括以下步骤：
S1、坯体制备：按照产品结构将碳纤维编织成编织体，得到碳纤维编织体；将预制体置于碳源气体中进行化学气相渗入处理，得气相沉积成碳的碳碳预制体；
S2、浸渍剂的制备：浸渍剂由乙烯焦油与氢化剂按重量份2:1～3的比例反应后得到的聚合物；
S3、预制体浸渍：将S1中得到的预制体置入浸渍罐，将浸渍罐抽真空后充惰性气体，在浸渍罐内将预制体加热至280～400度，抽真空至0.5～0.8Pa；将S2中浸渍剂加热至280～400度，加入浸渍罐，使罐体内充满浸渍剂，然后对浸渍罐内液体进行加压，压力为3.5～10MPa，使浸渍剂渗透到预制体中，反应时间为0.5-18h；
S4、碳化处理：将S3中浸渍后的预制体置入真空碳管炉中，进行沉积增密，得到密度为1.31-1.59g／cm3的含有浸渍成碳的碳碳复合材料；
S5、高温处理：将S6中得到的碳碳复合材料进行1650～2500℃高温处理，得到最后产品。
优选的，所述化学气相渗入处理的温度为1000℃～1150℃，反应时间为50h～110h。
优选的，所述S4中碳化处理的主要工艺参数为：温度1000-1300℃，管道天然气气体流量范围为5-6.8L，气氛压力控制为1.5-2KPa，沉积时间为55-80h。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的一种碳-碳复合材料及其制备方法，本发明中的碳碳复合材料的密度和硬度高，耐磨损，使用寿命长且综合性能优异；并且解决现有技术中存在强度低导致的生产成本高的技术问题。
实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例
一种碳-碳复合材料，其中，碳复合材料包括碳纤维、气相沉积成碳、浸渍成碳，其中碳纤维、气相沉积成碳、浸渍成碳的质量比为2：3：2。
一种碳-碳复合材料的制备方法，其中，包括以下步骤：
S1、坯体制备：按照产品结构将碳纤维编织成编织体，得到碳纤维编织体；将预制体置于碳源气体中进行化学气相渗入处理，得气相沉积成碳的碳碳预制体；
S2、浸渍剂的制备：浸渍剂由乙烯焦油与氢化剂按重量份2:1的比例反应后得到的聚合物；
S3、预制体浸渍：将S1中得到的预制体置入浸渍罐，将浸渍罐抽真空后充惰性气体，在浸渍罐内将预制体加热至280度，抽真空至0.5Pa；将S2中浸渍剂加热至280度，加入浸渍罐，使罐体内充满浸渍剂，然后对浸渍罐内液体进行加压，压力为3.5MPa，使浸渍剂渗透到预制体中，反应时间为0.5h；
S4、碳化处理：将S3中浸渍后的预制体置入真空碳管炉中，进行沉积增密，得到密度为1.31g／cm3的含有浸渍成碳的碳碳复合材料；
S5、高温处理：将S6中得到的碳碳复合材料进行1650℃高温处理，得到最后产品。
具体的说，所述化学气相渗入处理的温度为1000℃℃，反应时间为50h。
具体的说，所述S4中碳化处理的主要工艺参数为：温度1000℃，管道天然气气体流量范围为5L，气氛压力控制为1.5KPa，沉积时间为55h。
实施例
一种碳-碳复合材料，其中，碳复合材料包括碳纤维、气相沉积成碳、浸渍成碳，其中碳纤维、气相沉积成碳、浸渍成碳的质量比为3：5：5。
一种碳-碳复合材料的制备方法，其中，包括以下步骤：
S1、坯体制备：按照产品结构将碳纤维编织成编织体，得到碳纤维编织体；将预制体置于碳源气体中进行化学气相渗入处理，得气相沉积成碳的碳碳预制体；
S2、浸渍剂的制备：浸渍剂由乙烯焦油与氢化剂按重量份2:3的比例反应后得到的聚合物；
S3、预制体浸渍：将S1中得到的预制体置入浸渍罐，将浸渍罐抽真空后充惰性气体，在浸渍罐内将预制体加热至400度，抽真空至0.8Pa；将S2中浸渍剂加热至400度，加入浸渍罐，使罐体内充满浸渍剂，然后对浸渍罐内液体进行加压，压力为10MPa，使浸渍剂渗透到预制体中，反应时间为18h；
S4、碳化处理：将S3中浸渍后的预制体置入真空碳管炉中，进行沉积增密，得到密度为1.59g／cm3的含有浸渍成碳的碳碳复合材料；
S5、高温处理：将S6中得到的碳碳复合材料进行2500℃高温处理，得到最后产品。
具体的说，所述化学气相渗入处理的温度为1150℃，反应时间为110h。
具体的说，所述S4中碳化处理的主要工艺参数为：温度1300℃，管道天然气气体流量范围为6.8L，气氛压力控制为2KPa，沉积时间为80h。
一种碳-碳复合材料，其中，碳复合材料包括碳纤维、气相沉积成碳、浸渍成碳，其中碳纤维、气相沉积成碳、浸渍成碳的质量比为（2-3）：（3-5）：（2-5）。
一种碳-碳复合材料的制备方法，其中，包括以下步骤：
S1、坯体制备：按照产品结构将碳纤维编织成编织体，得到碳纤维编织体；将预制体置于碳源气体中进行化学气相渗入处理，得气相沉积成碳的碳碳预制体；
S2、浸渍剂的制备：浸渍剂由乙烯焦油与氢化剂按重量份1:1的比例反应后得到的聚合物；
S3、预制体浸渍：将S1中得到的预制体置入浸渍罐，将浸渍罐抽真空后充惰性气体，在浸渍罐内将预制体加热至380度，抽真空至0.65Pa；将S2中浸渍剂加热至380度，加入浸渍罐，使罐体内充满浸渍剂，然后对浸渍罐内液体进行加压，压力为7.5MPa，使浸渍剂渗透到预制体中，反应时间为9h；
S4、碳化处理：将S3中浸渍后的预制体置入真空碳管炉中，进行沉积增密，得到密度为1.40g／cm3的含有浸渍成碳的碳碳复合材料；
S5、高温处理：将S6中得到的碳碳复合材料进行2100℃高温处理，得到最后产品。
具体的说，所述化学气相渗入处理的温度为1100℃，反应时间为80h。
具体的说，所述S4中碳化处理的主要工艺参数为：温度1150℃，管道天然气气体流量范围为6L，气氛压力控制为1.8KPa，沉积时间为70h。
综上所述：一种碳-碳复合材料及其制备方法，本发明中的碳碳复合材料的密度和硬度高，耐磨损，使用寿命长且综合性能优异；并且解决现有技术中存在强度低导致的生产成本高的技术问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种碳-碳复合材料，其特征在于：碳复合材料包括碳纤维、气相沉积成碳、浸渍成碳，其中碳纤维、气相沉积成碳、浸渍成碳的质量比为（2-3）：（3-5）：（2-5）。
2.如权利要求1所述的一种碳-碳复合材料的制备方法，其特征在于，
S1、坯体制备：按照产品结构将碳纤维编织成编织体，得到碳纤维编织体；将预制体置于碳源气体中进行化学气相渗入处理，得气相沉积成碳的碳碳预制体；
S2、浸渍剂的制备：浸渍剂由乙烯焦油与氢化剂按重量份2:1～3的比例反应后得到的聚合物；
S3、预制体浸渍：将S1中得到的预制体置入浸渍罐，将浸渍罐抽真空后充惰性气体，在浸渍罐内将预制体加热至280～400度，抽真空至0.5～0.8Pa；将S2中浸渍剂加热至280～400度，加入浸渍罐，使罐体内充满浸渍剂，然后对浸渍罐内液体进行加压，压力为3.5～10MPa，使浸渍剂渗透到预制体中，反应时间为0.5-18h；
S4、碳化处理：将S3中浸渍后的预制体置入真空碳管炉中，进行沉积增密，得到密度为1.31-1.59g／cm3的含有浸渍成碳的碳碳复合材料；
S5、高温处理：将S6中得到的碳碳复合材料进行1650～2500℃高温处理，得到最后产品。
3.如权利要求2所述的一种碳-碳复合材料的制备方法，其特征在于：化学气相渗入处理的温度为1000℃～1150℃，反应时间为50h～110h。
4.如权利要求2所述的一种碳-碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述S4中碳化处理的主要工艺参数为：温度1000-1300℃，管道天然气气体流量范围为5-6.8L，气氛压力控制为1.5-2KPa，沉积时间为55-80h。
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