一种低成本高导热碳/碳复合材料的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115849930A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211486221.5(22)申请日2022.11.24(71)申请人西安超码科技有限公司地址710077陕西省西安市高新区锦业一路56号研祥城市广场B座23层2322室(72)发明人赵娜娜赵大明程皓侯卫权薛宁娟胡振英李睿唐凤李俏程凯峰张稳毛馨悦(74)专利代理机构北京艾纬铂知识产权代理有限公司16101专利代理师张维佳(51)Int.Cl.C04B35/83(2006.01)C04B35/622(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种低成本高导热碳/碳复合材料的制备方法(57)摘要本发明公开了一种低成本高导热碳/碳复合材料的制备方法，属于复合材料制备技术领域，该方法包括以下步骤，首先，将低模量的短切中间相沥青基碳纤维和PAN基碳纤维进行混合梳理制成网胎，轴向针刺得到针刺整体毡预制体；其次，将得到的针刺整体毡预制体装入等温化学气相沉积炉，通入碳源气体，调节碳源气体流量，得到具有粗糙层结构的热解碳基体毛坯；接着进行一级石墨化处理，继而进行液相浸渍‑加压碳化致密处理，最后进行二级高温石墨化处理，得到高导热碳/碳复合材料。此方法制备的碳/碳复合材料纤维体积含量低且导热系数高、原料成本低且制备工艺简单、适用于大批量工业化生产。CN115849930ACN115849930A权利要求书1/1页1.一种低成本高导热碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将低模量的短切中间相沥青基碳纤维和PAN基碳纤维进行混合梳理制成网胎，轴向针刺得到针刺整体毡预制体；步骤二、将步骤一得到的针刺整体毡预制体装入等温化学气相沉积炉，通入碳源气体，调节碳源气体流量，沉积直到密度达到1.20～1.60g/cm3，得到具有粗糙层结构的热解碳基体毛坯；所述碳源气体主要成分为天然气；步骤三、将步骤二得到的热解碳基体毛坯进行一级高温石墨化处理；步骤四、将步骤三所得的毛坯，采用真空压力液相浸渍增密，随后进行高压碳化，所述浸渍‑碳化周期为2～8周期，直到密度达到1.70～1.90g/cm3，得到致密针刺整体毡坯体；步骤五、将步骤四得到的致密针刺整体毡坯体进行二级高温石墨化处理，得到高导热碳/碳复合材料。2.根据权利要求1所述的一种低成本高导热碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的中间相沥青纤维为低模量短切碳纤维；所述PAN基碳纤维为12～24K的T700碳纤维；所述针刺整体毡预制体的中间相沥青基碳纤维质量含量为50～80％；所述针刺整体毡预制体厚度为20～55mm，密度为0.20～0.45g/cm3。3.根据权利要求1所述的一种低成本高导热碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中的碳源气体为天然气与C1～C4的烷烃或烯烃以及氢气或氮气至少一种气体混合而成，其中天然气体积含量在40％～95％；所述化学气相沉积采用的气压为2～6kPa；所述等温气相沉积的温度为900～1100℃；所述沉积时间为280～640h。4.根据权利要求1所述的一种低成本高导热碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的一级石墨化处理在保护气体下进行，所述保护气体为氮气或氩气；所述石墨化温度为2300～3000℃；所述一级石墨化的保温时间为30min～2h。5.根据权利要求1所述的一种低成本高导热碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中的液相浸渍的浸渍剂为煤沥青、中间相沥青或高残碳率的树脂；所述浸渍压力为0.1～2.0MPa。6.根据权利要求1所述的一种低成本高导热碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤五中的二级石墨化温度为2700～3100℃；所述二级石墨化的升温速率为0.1～5℃/min；石墨化的保温时间为5min～30min。2CN115849930A说明书1/4页一种低成本高导热碳/碳复合材料的制备方法技术领域[0001]本发明涉及复合材料制备技术领域，更具体地说，涉及一种低成本高导热碳/碳复合材料的制备方法。背景技术[0002]随着科技的迅猛发展，碳/碳复合材料在散热方面已经有了广泛应用，尤其在涉及极端苛刻工作环境的领域，如飞行器鼻锥体、固体火箭发动机以及核聚变堆面向等离子的第一壁材料等部位，复合材料需承受高能高密高热负荷流体冲刷和较大温差冷热环境交替，及时转移并传递热量尤为重要，因此提高碳/碳复合材料的导热系数具有重要意义。中间相沥青基碳纤维和高织构基体碳是高导热碳/碳复合材料最佳热传导载体，具有常规碳纤维和碳基体所不具备的高导热、高模量等优势性能。而中间相沥青基碳纤维模量高、可编织性差，且其生产技术复杂，价格高昂。目前高导热碳/碳复合材料的主流制备