CN1603448A - 碳－碳/铝复合材料用碳－碳预制件的制备方法 - Google Patents

碳－碳/铝复合材料用碳－碳预制件的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1603448A
CN1603448A CN 200410054317 CN200410054317A CN1603448A CN 1603448 A CN1603448 A CN 1603448A CN 200410054317 CN200410054317 CN 200410054317 CN 200410054317 A CN200410054317 A CN 200410054317A CN 1603448 A CN1603448 A CN 1603448A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon
prefabricated component
workpiece
preparation
fiber
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.)
Granted
Application number
CN 200410054317
Other languages
English (en)
Other versions
CN1259445C (zh
Inventor
孙晋良
张国定
任幕苏
李红
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN 200410054317 priority Critical patent/CN1259445C/zh
Publication of CN1603448A publication Critical patent/CN1603448A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1259445C publication Critical patent/CN1259445C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明涉及一种碳－碳/铝复合材料用碳—碳预制件的制备方法，特别涉及一种制备高导热、低膨胀碳－碳/铝复合材料用的碳－碳预制件的制备方法，属无机复合材料制造工艺技术领域。本发明的一种碳—碳/铝复合材料用碳—碳预制件的制备方法，包括以下工艺步骤：预制件骨架材料的准备：可采用下述三种结构中的任一种，即碳纤维整体毡、或聚丙烯腈预氧化纤维(PANOF)整体毡、或碳纤维和纤维网交替叠层结构；对预制件骨架材料进行热处理：热处理温度为970～1000℃，保温2小时；以C3H6为前驱体，对预制件骨架进行化学气相渗透，使在高温条件下热解，形成热解碳渗入到预制件骨架材料中并沉积于碳纤维表面；对上述预制件在2200～2300℃温度下进行高温热处理，这样可制备碳—碳预制件。它可专供高导热、低膨胀性能要求的碳—碳/铝复合材料使用。本发明方法工艺简单、操作方便、可降低成本。

Description

碳-碳/铝复合材料用碳-碳预制件的制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳-碳/铝复合材料用碳-碳预制件的制备方法，特别涉及一种制备高导热、低膨胀碳-碳/铝复合材料用的碳-碳预制件的制备方法，属无机复合材料制造工艺技术领域。
背景技术
碳纤维增强铝基复合材料具有高强度、高模量、高导热、低热膨胀等优良的综合性能，在航天航空、电子信息、精密仪器等领域有十分重要的应用前景。目前，公知的碳/铝复合材料制备方法是在高温下将碳纤维预制件和铝复合在一起，所使用的碳纤维预制件的一个主要问题是制成的碳纤维预制件自身强度较差，主要依靠框架、模具等外部手段保持预制件结构和孔隙率；在随后与铝复合的工艺过程中，在压力、铝液渗入等因素的影响下，碳纤维预制件易发生变形，从而降低了纤维分布的均匀性，不利于制备高性能的复合材料。另一方面，在碳纤维无涂层保护的条件下，为了控制碳铝间的界面反应，需要严格控制各种工艺参数，从而使得对制备工艺条件的要求特别苛刻，从而影响了碳/铝复合材料的迅速发展及应用。
目前碳/铝复合材料研究的重点大多数集中在优化碳/铝的制备工艺参数和纤维表面镀层上，如金属镀层、硅镀层等。目前尚未见到采用以碳-碳为预制件制备碳-碳/铝复合材料的相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种能防止碳/铝界面反应、并具有一定强度的碳-碳预制件的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术措施和手段来达到的：
本发明的一种碳—碳/铝复合材料用碳—碳预制件的制备方法，其特征在于该方法包括以下工艺步骤：
a.预制件骨架材料的准备：以针刺或编织技术将纤维制成预制件骨架，预制件骨架可采用下述三种结构中的任一种，即碳纤维整体毡、或聚丙烯腈预氧化纤维(PANOF)整体毡、或碳纤维和纤维网交替叠层结构；
b.对预制件骨架材料进行热处理：在热处理炉中将预制件骨架升温至970～1000℃进行热处理，保温2小时；
c.将处理过的预制件骨架进行化学气相渗透：将预制件骨架放在化学气相渗透炉中，以C3H6为前驱体，在高温条件下热解，形成热解碳，渗入到预制件骨架材料中并沉积于碳纤维表面；热解温度为980～1010℃，炉压为1333Pa，气体流量为450～500ml/min，热解时间为150～180小时，这样可制备得到具有一定强度的碳纤维和热解碳的复合体；
d.对上述预制件进行高温热处理：热处理温度为2200～2300℃，保温3～4小时；使碳-碳预制件中的杂质元素逸出；提高其性能。
上述的化学气相渗透炉中送入的前驱体气体还可以是C2H4、C2H6、CH4中的任一种。
上述的被制成的碳—碳预制件的密度为0.6～1.0g/cm3。
本发明方法制得的碳-碳预制件的结构均匀、内部含有大量的孔隙，与铝基体复合，可制备出高性能的碳-碳/铝复合材料。
本发明的有益效果：一方面，通过化学气相渗透工艺使预制体骨架保持成型时的结构，并使得预制件具有一定强度，减少了预制件与铝复合工艺中的变形。另一方面，制备得到的碳纤维和热解碳复合体可防止高温下与铝复合发生界面反应。
本发明方法的优点是工艺简单，可操作性强，制作方便而且成本较低。
具体实施方法
现将本发明的实施例叙述于后。
实施例一：本实施例的预制件骨架材料采用以针刺工艺技术制备的聚丙烯腈预氧化纤维(PANOF)整体毡，具体工艺步骤如下：
a.准备好聚丙烯腈预氧化纤维(PANOF)整体毡，密度为0.21g/cm3；
b.在热处理炉中将上述PANOF整体毡升温至990℃进行热处理，保温2小时；
c.将上述热处理过的预制件骨架放在化学气相渗透炉中，以C3H6为前驱体，在高温条件下热解，热解温度为1000℃，炉压为1333Pa，气体流量为500ml/min，热解时间为180小时。
d.将上述预制件在高温热处理炉中进行高温热处理，热处理温度为2200℃，保温3小时。
经以上工艺制备得到密度为0.64g/cm3的碳-碳预制件。这种结构的碳-碳预制件与铝复合后得到的碳-碳/铝复合材料的性能为：弯曲强度为148.7MPa，弯曲模量为32.6GPa，平面热膨胀系数为4.6×10-6，平面热导率为272W/mK。它与MMCC(美国)公司使用K1100高导热纤维制备的2D2碳/铝材料热导率相当，使用热导率为1100W/mK的高导热碳纤维制成2D预制件与铝复合制备的碳/铝材料的性能为：平面热膨胀系数为2.8×10-6，热导率为280W/mK。使用这种高导热碳纤维制成3D预制件与铝复合制备的碳/铝材料的性能为：平面热膨胀系数为5.5×10-6，热导率为226W/mK。
实施例二：本实施例的预制件骨架采用针刺工艺技术制备碳纤维整体毡，其具体工艺如下：
a.准备好上述碳纤维整体毡，密度为0.30g/cm3；
b.在热处理炉中将碳纤维整体毡升温至980℃进行热处理，保温2小时；
c.将预制件骨架放在化学气相渗透炉中，以C3H6为前驱体，热解温度为1000℃，炉压为1333Pa，气体流量为490ml/min，热解时间为180小时。
d.将上述碳-碳预制件在高温热处理炉中对碳-碳预制件进行高温热处理，热处理温度为2300℃，保温3小时。
经以上工艺制备得到密度为0.78g/cm3的碳-碳预制件。这种结构的碳-碳预制件与铝复合后得到的碳-碳/铝复合材料的性能为：弯曲强度为308.5MPa，弯曲模量为60.3GPa，平面热膨胀系数为2.9×10-6，平面热导率为192W/mK。
实施例三：本实施例的预制件骨架采用针刺工艺技术制备碳纤维和纤维网交替叠层结构的预制件骨架，其具体工艺如下：
a.准备好上述碳纤维和纤维网交替叠层结构物，其密度为0.47g/cm3；
b.在热处理炉中将预制件骨架升温至990℃进行热处理，保温2小时；
c.将预制件骨架放在化学气相渗透炉中，以C3H6为前驱体，热解温度为1000℃，炉压为1333Pa，气体流量为450ml/min，热解时间为170小时。
d.将上述碳—碳预制件在高温热处理炉中进行高温热处理，热处理温度为2200℃，保温3小时。
经以上工艺制备得到密度为0.91g/cm3的碳-碳预制件。这种结构的碳-碳预制件与铝复合后得到的碳-碳/铝复合材料的性能为：弯曲强度为711.4MPa，弯曲模量为113.7GPa，平面热膨胀系数为1.5×10-6，平面热导率为135W/mK。
综合上述实施例试样的性能测试，根据本发明方法制备的碳—碳/铝复合材料完全能满足热量控制材料对高导热的要求。而且属于一种高导热、低膨胀性能要求范围内的复合材料。本发明方法制得的碳—碳复合材料的成本可降低，而且使工艺简化，操作方便。

Claims (3)

1.一种碳-碳/铝复合材料用碳-碳预制件的制备方法，其特征在于该方法包括以下工艺步骤：
a.预制件骨架材料的准备：以针刺或编织技术将纤维制成预制件骨架，预制件骨架可采用下述三种结构中的任一种，即碳纤维整体毡、或聚丙烯腈预氧化纤维整体毡、或碳纤维和纤维网交替叠层结构；
b.对预制件骨架材料进行热处理：在热处理炉中将预制件骨架升温至970～1000℃进行热处理，保温2小时；
c.将处理过的预制件骨架进行化学气相渗透：将预制件骨架放在化学气相渗透炉中，以C3H6为前驱体，在高温条件下热解，形成热解碳，渗入到预制件骨架材料中并沉积于碳纤维表面；热解温度为980～1010℃，炉压为1333Pa，气体流量为450～500ml/min，热解时间为150～180小时，这样可制备得到具有一定强度的碳纤维和热解碳的复合体；
d.对上述预制件进行高温热处理：热处理温度为2200～2300℃，保温3～4小时；使碳-碳预制件中的杂质元素逸出；提高其性能。
2.根据权利要求1所述的一种碳-碳/铝复合材料用碳-碳预制件的制备方法，其特征在于所述的化学气相渗透炉中送入的前驱体气体是C2H4、C2H6、CH4中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种碳-碳/铝复合材料用碳-碳预制件的制备方法，其特征在于所述的被制成的碳-碳预制件的密度为0.6～1.0g/cm3。
CN 200410054317 2004-09-07 2004-09-07 碳－碳/铝复合材料用碳－碳预制件的制备方法 Expired - Fee Related CN1259445C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200410054317 CN1259445C (zh) 2004-09-07 2004-09-07 碳－碳/铝复合材料用碳－碳预制件的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200410054317 CN1259445C (zh) 2004-09-07 2004-09-07 碳－碳/铝复合材料用碳－碳预制件的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1603448A true CN1603448A (zh) 2005-04-06
CN1259445C CN1259445C (zh) 2006-06-14

Family

ID=34666155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200410054317 Expired - Fee Related CN1259445C (zh) 2004-09-07 2004-09-07 碳－碳/铝复合材料用碳－碳预制件的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1259445C (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009256117A (ja) * 2008-04-14 2009-11-05 Toyo Tanso Kk 炭素繊維炭素複合成形体及び炭素繊維強化炭素複合体材料並びにその製造方法
CN102011284A (zh) * 2010-12-09 2011-04-13 甘肃宏伟碳素新材料有限公司 全钒液流储能电池专用碳毡生产工艺
CN101671191B (zh) * 2009-09-23 2012-11-21 北京航空航天大学 一种全预氧丝预制体制备高性能炭基复合材料的方法
WO2015086291A1 (de) * 2013-12-13 2015-06-18 Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh Verfahren zur herstellung eines aus mit pyrolitischem kohlenstoff beschichteten kohlenstofffasern gebildeten verbundbauteils
CN113233911A (zh) * 2021-05-18 2021-08-10 上海大学 一种空气通道用碳/碳摩擦环及其制备方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009256117A (ja) * 2008-04-14 2009-11-05 Toyo Tanso Kk 炭素繊維炭素複合成形体及び炭素繊維強化炭素複合体材料並びにその製造方法
CN102007090A (zh) * 2008-04-14 2011-04-06 东洋炭素株式会社 碳纤维碳复合成型体、碳纤维强化碳复合体材料及其制造方法
CN101671191B (zh) * 2009-09-23 2012-11-21 北京航空航天大学 一种全预氧丝预制体制备高性能炭基复合材料的方法
CN102011284A (zh) * 2010-12-09 2011-04-13 甘肃宏伟碳素新材料有限公司 全钒液流储能电池专用碳毡生产工艺
CN102011284B (zh) * 2010-12-09 2013-05-01 甘肃宏伟碳素新材料有限公司 全钒液流储能电池专用碳毡生产工艺
WO2015086291A1 (de) * 2013-12-13 2015-06-18 Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh Verfahren zur herstellung eines aus mit pyrolitischem kohlenstoff beschichteten kohlenstofffasern gebildeten verbundbauteils
WO2015086290A1 (de) * 2013-12-13 2015-06-18 Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh Verfahren zur herstellung eines pyrolitiche kohlenschichte/kohlenfasern verbundbauteils
CN113233911A (zh) * 2021-05-18 2021-08-10 上海大学 一种空气通道用碳/碳摩擦环及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN1259445C (zh) 2006-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yin et al. Recent progress in 1D nanostructures reinforced carbon/carbon composites
CN103935103B (zh) 一种石墨烯/金属复合板材的制备方法
CN104150939B (zh) 一种电泳沉积CNTs增强陶瓷基复合材料的制备方法
CN101876040B (zh) 一种碳纳米管和硼酸铝晶须混杂增强铝基复合材料的制备方法
CN104261850A (zh) 一种耐高温透波氮化硅纤维增强复合材料及其制备方法
CN102936706B (zh) 一种碳纤维布-钛合金复合材料及其制备方法
CN103332943B (zh) 基于液硅熔渗法制备碳陶基复合材料的微结构设计及性能控制方法
CN102718539B (zh) 碳/碳/碳化硅复合材料保温筒及制备方法
CN102731119B (zh) 碳/碳/碳化硅复合材料坩埚及制备方法
CN108409347A (zh) 一种原位生成Ti3SiC2相增韧碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法
CN106757239B (zh) 一种碳化硅纤维表面电镀镍的方法
CN109467450A (zh) 一种含Ti3SiC2界面层的SiCf/SiC复合材料的制备方法
CN102976756A (zh) 连续碳纤维增强的C-SiC双元基复合材料及其制备方法
CN102943225B (zh) 一种碳纤维布/铝合金复合材料及其制备方法
CN105367106A (zh) 碳纤维增强碳化锆复合材料及其制备方法
CN110241325A (zh) 一种钛金属化石墨片增强铝基复合材料及其制备方法和应用
CN106966749B (zh) 一种用Ti3Si(Al)C2改性热结构复合材料的方法
CN102864397B (zh) 一种纤维增强钛基复合材料前驱体的制备方法
Yang et al. Microstructure and antioxidation performance of SiC-ZrO-MoSi2/Ni coated carbon fiber produced by composite electroplating
CN114716258B (zh) 一种碳纤维增强碳化硼复合材料的制备方法
CN1259445C (zh) 碳－碳/铝复合材料用碳－碳预制件的制备方法
CN113860909A (zh) 隔热-承载一体化轻质碳基复合材料的制备方法
CN107365934B (zh) 一种SiCp/Cu-铜箔叠层复合材料及其制备方法
CN103274714B (zh) 一种改进的二维陶瓷基复合材料Z-pin方法
CN103342573B (zh) 一种金刚石薄膜增强碳/碳复合材料热导率的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20060614

Termination date: 20150907

EXPY Termination of patent right or utility model