專利名稱：一種碳/碳復合材料平板制備方法
技術領域：
本發明涉及一種平板制備碳/碳復合材料方法。
背景技術：
碳/碳復合材料，即碳纖維增強碳基體復合材料，是一種優異的熱結構材料。它不僅具有復合材料優良的力學性能，而且也具有碳材料的特殊性能，如低密度、高比強、高比模量、高導熱性、低膨脹系數，以及抗熱沖擊性能好、尺寸穩定性高等，因此，碳/碳復合材料平板及其加工件被廣泛運用于熱加工領域。現有技術中，多晶硅鑄錠爐的頂板和坩堝蓋板主要使用碳/碳復合材料平板，目前使用的碳/碳復合材料平板主要由平紋碳布或斜紋碳布疊層而成。在使用過程中碳/碳復合材料平板容易變形、分層和局部鼓泡，嚴重時會影響正常生產。 因此，提供一種能得到表面平整度好、層間結合強度高的碳/碳復合材料的制備方法是本領域技術人員亟需解決的技術問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種能得到表面平整度好、層間結合強度高的碳/碳復合材料的制備方法。為了實現上述目的，本發明提供一種碳/碳復合材料制備方法，包括以下步驟
1)將細編碳纖維織物和短碳纖維網經交替疊層；
2)通過針刺的方式在所述細編碳纖維編織物和所述短碳纖維網之間設置連接加強線，得到碳纖維針刺整體氈；
3)將所述碳纖維針刺整體氈進行樹脂浸潰，并在236°C 278°C固化，并保持加壓；
4)將經樹脂浸潰和固化的碳纖維針刺整體氈在2160°C 2420°C，進行石墨化處理，保溫時間為O. 5h 4h，并保持加壓，得到碳/碳復合材料平板預成型體；
5)將所述碳/碳復合材料平板預成型體放入化學氣相沉積爐中升溫到900°C 1600°C，通入天然氣、丙烷或丙烯為碳源氣，氮氣或氫氣為稀釋氣，控制爐壓為I 30kPa，增密時間為50h 200h，進行化學氣相沉積增密。優選地，還包括以下步驟
6)將步驟5加工得到的碳/碳復合材料平板在2160°C 2420°C，進行石墨化處理，保溫時間為O. 5h 4h。優選地，還包括以下步驟
7)將步驟6加工得到的碳/碳復合材料平板進行機械加工，并加工必要的橢圓形或長方形孔。優選地，還包括以下步驟
8)將步驟7加工得到的碳/碳復合材料平板放入化學氣相沉積爐中，升溫到1060°C 1520°C，通入天然氣，控制爐壓為I. 6 4. 2kPa，時間O. 5h 3h，進行表面涂層處理，使得碳/碳復合材料平板上、下表面復有碳或碳化硅涂層。優選地，步驟2得到的碳纖維針刺整體氈表觀密度為O. 35g/cm3 O. 95g/cm3。優選地,步驟4得到的碳/碳復合材料平板預成型體密度為O. 60 g/cm3 I. 10 g/
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cm ο優選地，步驟2得到的碳纖維針刺整體氈上、下最后一層為細編碳纖維織物。優選地,步驟8得到的碳/碳復合材料平板厚度為2 15mm。優選地,步驟5得到的碳/碳復合材料平板密度為I. 40 g/cm3 I. 65 g/cm3。
與現有技術相比，本發明由于采用上述碳/碳復合材料平板制備方法，因而，具有以下優點和積極效果
1、通過針刺的方式在所述細編碳纖維編織物和所述短碳纖維網之間設置連接加強線，提高了碳/碳復合材料平板的層間結合強度；
2、通過在樹脂浸浸潰和成型固化以及石墨化過程中保持加壓，增強了碳/碳復合材料平板的平整度。綜上所述，本發明所提供的碳/碳復合材料平板制備方法，工藝方法簡單、操作方便、工藝周期短、最終產品平整度高、層間結合強度高，解決了長期以來本領域迫切希望解決而未能解決的問題，為碳/碳復合材料平板的工業化生產提供了一種切實可行的方法。
圖I是本發明提出的碳/碳復合材料平板制備方法的一種實施例的工藝流程示意圖。
具體實施例方式本發明的目的是提供一種能得到表面平整度好、層間結合強度高的碳/碳復合材料的制備方法。為了使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明進行詳細描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應對本發明的保護范圍有任何的限制作用。實施例I
1)將細編碳纖維織物和短碳纖維網經交替疊層，并且上、下最后一層為細編碳纖維織
物；
2)通過針刺的方式在所述細編碳纖維編織物和所述短碳纖維網之間設置連接加強線，得到表觀密度為O. 4g/cm3的碳纖維針刺整體氈；
3)將所述碳纖維針刺整體氈進行樹脂浸潰，并在240°C固化，并保持加壓；
4)將經樹脂浸潰和固化的碳纖維針刺整體氈在2200°C，進行石墨化處理，保溫時間為
I.5h，并保持加壓，得到密度為O. 80 g/cm3碳/碳復合材料平板預成型體；
5)將所述碳/碳復合材料平板預成型體放入化學氣相沉積爐中升溫到1000°C，通入天然氣為碳源氣，氮氣為稀釋氣，控制爐壓為6kPa，增密時間為160h，進行化學氣相沉積增密，得到密度為I. 43 g/cm3的碳/碳復合材料平板；
6)將步驟5加工得到的碳/碳復合材料平板在2200°C，進行石墨化處理，保溫時間為3.6h ；
7)將步驟6加工得到的碳/碳復合材料平板進行機械加工，并加工必要的橢圓形或長方形孔；
8)將步驟7加工得到的碳/碳復合材料平板放入化學氣相沉積爐中，升溫到1100°C，通入天然氣，控制爐壓為2kPa，時間3. 8h，進行表面涂層處理，使得碳/碳復合材料平板上、下表面復有碳或碳化硅涂層。即得到厚度為3mm的本發明的碳/碳復合材料平板。實施例2
1)將細編碳纖維織物和短碳纖維網經交替疊層，并且上、下最后一層為細編碳纖維織
物；
2)通過針刺的方式在所述細編碳纖維編織物和所述短碳纖維網之間設置連接加強線，得到表觀密度為O. 6g/cm3的碳纖維針刺整體氈；
3)將所述碳纖維針刺整體氈進行樹脂浸潰，并在255°C固化，并保持加壓；
4)將經樹脂浸潰和固化的碳纖維針刺整體氈在2300°C，進行石墨化處理，保溫時間為
2.5h，并保持加壓，得到密度為I. 02 g/cm3的碳/碳復合材料平板預成型體；
5)將所述碳/碳復合材料平板預成型體放入化學氣相沉積爐中升溫到1200°C，通入丙烷為碳源氣，氫氣為稀釋氣，控制爐壓為12kPa，增密時間為120h，進行化學氣相沉積增密，得到密度為I. 60 g/cm3的碳/碳復合材料平板；
6)將步驟5加工得到的碳/碳復合材料平板在2300°C，進行石墨化處理，保溫時間為
2h ；
7)將步驟6加工得到的碳/碳復合材料平板進行機械加工，并加工必要的橢圓形或長方形孔；
8)將步驟7加工得到的碳/碳復合材料平板放入化學氣相沉積爐中，升溫到1200°C，通入天然氣，控制爐壓為3kPa，時間2. 2h，進行表面涂層處理，使得碳/碳復合材料平板上、下表面復有碳或碳化硅涂層。即得到厚度為7mm的本發明的碳/碳復合材料平板。實施例3
1)將細編碳纖維織物和短碳纖維網經交替疊層，并且上、下最后一層為細編碳纖維織
物；
2)通過針刺的方式在所述細編碳纖維編織物和所述短碳纖維網之間設置連接加強線，得到表觀密度為O. 95g/cm3的碳纖維針刺整體氈；
3)將所述碳纖維針刺整體氈進行樹脂浸潰，并在278°C固化，并保持加壓；
4)將經樹脂浸潰和固化的碳纖維針刺整體氈在2400°C，進行石墨化處理，保溫時間為
3.6h，并保持加壓，得到密度為I. 10 g/cm3的碳/碳復合材料平板預成型體；
5)將所述碳/碳復合材料平板預成型體放入化學氣相沉積爐中升溫到1580°C，通入丙烷為天然氣，氫氣為稀釋氣，控制爐壓為28kPa，增密時間為55h，進行化學氣相沉積增密，得到密度為I. 55 g/cm3的碳/碳復合材料平板；
6)將步驟5加工得到的碳/碳復合材料平板在2400°C，進行石墨化處理，保溫時間為
O.6h ；7)將步驟6加工得到的碳/碳復合材料平板進行機械加工，并加工必要的橢圓形或長方形孔；
8)將步驟7加工得到的碳/碳復合材料平板放入化學氣相沉積爐中，升溫到1500°C，通入天然氣，控制爐壓為4kPa，時間O. 6h，進行表面涂層處理，使得碳/碳復合材料平板上、下表面復有碳或碳化硅涂層。即得到厚度為15mm的本發明的碳/碳復合材料平板。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，由于文字表達的有限性，而客觀上存在無限的具體結構，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進、潤飾或變化，也可以將上述技術特征以適當的方式進行組合；這些改進潤飾、變化或組合，或未經改進將發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種碳/碳復合材料平板制備方法，其特征在于，包括以下步驟 1)將細編碳纖維織物和短碳纖維網經交替疊層； 2)通過針刺的方式在所述細編碳纖維編織物和所述短碳纖維網之間設置連接加強線，得到碳纖維針刺整體氈； 3)將所述碳纖維針刺整體氈進行樹脂浸潰，并在236°C 278°C固化，并保持加壓； 4)將經樹脂浸潰和固化的碳纖維針刺整體氈在2160°C 2420°C，進行石墨化處理，保溫時間為O. 5h 4h，并保持加壓，得到碳/碳復合材料平板預成型體； 5)將所述碳/碳復合材料平板預成型體放入化學氣相沉積爐中升溫到900°C 1600°C，通入天然氣、丙烷或丙烯為碳源氣，氮氣或氫氣為稀釋氣，控制爐壓為I 30kPa，增密時間為50h 200h，進行化學氣相沉積增密。
2.根據權利要求I所述的碳/碳復合材料平板制備方法，其特征在于，還包括以下步驟 6)將步驟5加工得到的碳/碳復合材料平板在2160°C 2420°C，進行石墨化處理，保溫時間為O. 5h 4h。
3.根據權利要求2所述的碳/碳復合材料平板制備方法，其特征在于，還包括以下步驟 7)將步驟6加工得到的碳/碳復合材料平板進行機械加工，并加工必要的橢圓形或長方形孔。
4.根據權利要求3所述的碳/碳復合材料平板制備方法，其特征在于，還包括以下步驟 8)將步驟7加工得到的碳/碳復合材料平板放入化學氣相沉積爐中，升溫到1060°C 1520°C，通入天然氣，控制爐壓為I. 6 4. 2kPa，時間O. 5h 3h，進行表面涂層處理，使得碳/碳復合材料平板上、下表面復有碳或碳化硅涂層。
5.根據權利要求I所述的碳/碳復合材料平板制備方法，其特征在于，步驟2得到的碳纖維針刺整體氈表觀密度為O. 35g/cm3 O. 95g/cm3。
6.根據權利要求I所述的碳/碳復合材料平板制備方法，其特征在于，步驟4得到的碳/碳復合材料平板預成型體密度為O. 60 g/cm3 I. 10 g/cm3。
7.根據權利要求I所述的平板制備碳/碳復合材料方法，其特征在于，步驟2得到的碳纖維針刺整體氈上、下最后一層為細編碳纖維織物。
8.根據權利要求4所述的碳/碳復合材料平板制備方法，其特征在于，步驟8得到的碳/碳復合材料平板厚度為2 15mm。
9.根據權利要求I所述的碳/碳復合材料平板制備方法，其特征在于，步驟5得到的碳/碳復合材料平板密度為I. 40 g/cm3 I. 65 g/cm3。
全文摘要
本發明公開了一種碳/碳復合材料平板制備方法，包括以下步驟1)將細編碳纖維織物和短碳纖維網經交替疊層；2)通過針刺的方式得到碳纖維針刺整體氈；3)進行樹脂浸漬和固化；4)進行石墨化處理；5)進行化學氣相沉積增密。本發明所公開的碳/碳復合材料平板制備方法能制備出表面平整度好、層間結合強度高的碳/碳復合材料。
文檔編號C04B35/622GK102826867SQ20121033821
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者姜勇 申請人:湖南省鑫源新材料股份有限公司