高结合强度金刚石碳纤维复合材料及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114771043A(43)申请公布日2022.07.22(21)申请号202210458110.7B32B37/12(2006.01)(22)申请日2022.04.28B32B37/10(2006.01)B32B37/00(2006.01)(71)申请人太原理工大学B32B38/00(2006.01)地址030024山西省太原市迎泽西大街79B32B38/16(2006.01)号(72)发明人郑可马永高洁于盛旺黑鸿君吴艳霞(74)专利代理机构太原倍智知识产权代理事务所(普通合伙)14111专利代理师张宏(51)Int.Cl.B32B9/00(2006.01)B32B9/04(2006.01)B32B7/12(2006.01)B32B3/30(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图5页(54)发明名称高结合强度金刚石碳纤维复合材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种高结合强度金刚石碳纤维复合材料及其制备方法，该复合材料由依次交替排列的自支撑金刚石膜片和碳纤维层叠置而成，并且其顶层和底层均为自支撑金刚石膜片；自支撑金刚石膜片与碳纤维层的接触面均进行了织构化处理。制备时，首先对自支撑金刚石膜片进行形状切割、厚度修整、表明光滑化和表面织构化；然后将浸润过粘结剂的碳纤维平铺、粘合于织构化处理的自支撑金刚石膜片之间；接着采用夹持架固定并施加法向静压力，排出碳纤维内富余粘结剂和残留气泡，再对粘结剂进行加热固化，最终获得本发明高结合强度金刚石碳纤维复合材料。本发明操作简单，易规模化、批量化生产，为新一代高导热部件工程化研制奠定基础。CN114771043ACN114771043A权利要求书1/1页1.一种高结合强度金刚石碳纤维复合材料，其特征在于：由依次交替排列的自支撑金刚石膜片和碳纤维层叠置而成，并且其顶层和底层均为自支撑金刚石膜片；顶层自支撑金刚石膜片的底面、底层自支撑金刚石膜片的顶面以及中间各层自支撑金刚石膜片的顶面及底面均进行了织构化处理。2.根据权利要求1所述的高结合强度金刚石碳纤维复合材料，其特征在于：自支撑金刚石膜片为采用CVD法制备得到的自支撑金刚石膜片，其热导率≥600W/（m·K）、平行度≤0.1mm、非织构处的平整度≤0.1mm；自支撑金刚石膜片的厚度为0.3mm~1mm，碳纤维层的厚度为0.1mm~0.3mm。3.根据权利要求1或2所述的高结合强度金刚石碳纤维复合材料，其特征在于：自支撑金刚石膜片表面的织构图案为圆形盲孔阵列或线性凹痕阵列，织构图案的深度为自支撑金刚石膜片厚度的1%~10%。4.根据权利要求1或2所述的高结合强度金刚石碳纤维复合材料，其特征在于：自支撑金刚石膜片的层数为2~20层。5.如权利要求1所述的高结合强度金刚石碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据高结合强度金刚石碳纤维复合材料对自支撑金刚石膜片的尺寸要求，选择合适直径及厚度的自支撑金刚石膜片，设计形状阵列并进行切割；步骤2：采用激光修面机对切割所得的自支撑金刚石膜片进行厚度修整和表面光滑处理；步骤3：对厚度修整和表面光滑处理后的自支撑金刚石膜片表面进行单面织构化处理或双面织构化处理；步骤4：将粘结剂和无水乙醇按比例均匀调配，把调配液刷涂到底层自支撑金刚石膜片的织构表面，使调配液填充织构化盲孔或凹痕；把碳纤维置于调配液中浸润1‑5分钟，取出后在空气中放置10‑30分钟，然后平铺、粘合于底层自支撑金刚石膜片的织构表面，重复平铺浸润过粘结剂的碳纤维和刷涂了粘结剂的织构化的自支撑金刚石膜片，直至复合厚度达到要求，得到复合层结构；步骤5：通过夹持架对复合层结构进行夹持以保证其平整度，同时在最上层自支撑金刚石膜片表面放置重物，依靠法向静压力排出碳纤维内富余粘结剂及弥散于粘结剂内的气泡，然后在保持侧面夹持及上表层施加压力的状态下对粘结剂进行加热固化；步骤6：去除重物及夹持架，对复合层结构的侧面进行打磨和超声清洗，最终得到所述的高结合强度金刚石碳纤维复合材料。6.根据权利要求5所述的高结合强度金刚石碳纤维复合材料得制备方法，其特征在于：步骤4中，粘结剂采用钡酚醛树脂、环氧树脂或改性环氧树脂。7.根据权利要求5所述的高结合强度金刚石碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于：步骤4中，粘结剂和无水乙醇调配比例为1:1～1:5。8.根据权利要求5所述的高结合强度金刚石碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于：步骤5中，加热固化时的加热温度为200～300℃、保温时间为3～8h。9.根据权利要求5所述的高结合强度金刚石碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于：步骤5中，夹持架的材质采用疏松材质或者夹持架上加工有用于排出粘结剂的通孔。2CN114771043A说明书1/6页高结合强