碳/碳-铜复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种碳/碳-铜复合材料的制备方法，属特种碳纤维复合材料技术领域。本发明的制备过程主要包括：碳纤维坯体的制备，碳/碳预制体的制备和碳/碳-铜复合材料的制备。具体步骤是：先通过针刺使聚丙烯腈预氧化纤维毡中的纤维彼此交连，然后对针刺后的预氧化纤维毡进行碳化，形成碳纤维针刺毡；再通过化学气相渗透(CVI)工艺使碳纤维表面沉积热解碳，或者用化学气相渗透工艺和树脂浸渍相结合的工艺使致密化，碳纤维通过热解碳或者热解碳和树脂碳粘连在一起，形成多孔的碳/碳复合材料预制件，然后再进行一次高温处理后，利用气体压力浸渗方法将铜液浸渗到碳/碳复合材料预制件中，最终得到碳/碳-铜复合材料。

主权项

一种碳/碳‑铜复合材料的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：a.碳纤维坯体的制备：用针刺法将堆叠好的聚丙烯腈预氧化纤维毡在厚度方向进行针刺，并由针刺带动平面内的纤维，使纤维彼此交连；然后对针刺后的预氧化纤维毡进行碳化；将所述的预氧化纤维毡放在热处理炉中于980‑1050℃下进行加热碳化，并在此温度下保温2小时；碳化后的预氧化纤维毡即为碳纤维针刺毡，也即碳纤维坯体；坯体密度为0.2g/cm3，碳纤维体积含量为11％；b.碳/碳预制件的制备：将上述所得的碳纤维针刺毡做化学气相渗透处理，或者化学气相渗透和树脂浸渍两者相结合的工艺处理；以达到碳纤维针刺毡中渗碳及使致密化的作用；化学气相渗透法和树脂浸渍工艺方法分别叙述如下：(1)化学气相渗透法：按常规工艺，将上述的碳纤维针刺毡放入化学气相渗透炉中，以C3H6为前驱体气体，使其在高温下热解，形成热解碳渗入到碳纤维毡中并沉积在碳纤维表面；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，通过化学气相渗透处理后，接着再在2000‑2500℃下进行高温处理，形成并制得具有较高密度的碳/碳预制件；(2)树脂浸渍工艺：为使进一步的致密化，采用树脂浸渍工艺；将所得碳/碳预制件再用呋喃树脂进行浸渍，然后在150‑180℃下固化，随后在900‑950℃下保温2小时进行碳化处理，得到树脂碳；最后再进行高温石墨化处理，石墨化处理温度为2000‑2500℃，最终得到高密度的碳/碳预制件；上述所制得的碳/碳预制件的密度范围为0.6‑1.59g/cm3，并将该碳/碳预制件加工成圆柱状；c.碳/碳‑铜复合材料的制备：对碳/碳预制件浸渗铜，采用气体压力浸渗法；将上述所得的圆柱状碳/碳预制件装入钢制模具中，将碳/碳预制件放在模具的最底端，将圆柱状的紫铜棒放在碳/碳预制件的上端；将模具密封后放入加热炉中，炉体升温同时对密闭模具抽真空；当炉内温度达1200℃时，保温1小时，此时在模具中充入Ar气，当氩气充入的压强为1MPa时，保温5分钟，在气体压力下，铜液开始渗入碳/碳预制件中，随后随炉冷却至室温，从模具中取出样品，即得到碳/碳‑铜复合材料。