一种高导热C/C复合材料及制备方法

摘要

一种高导热C/C复合材料，所述C/C复合材料由炭纤维基体、纳米碳管、热解炭组成，所述纳米碳管垂直分布于炭纤维基体表面，热解炭在炭纤维表面和纳米碳管表面“三维”沉积，形成高织构CNT/PyC界面过渡层。其制备方法是：将无纬布叠层形成单向长纤维的炭纤维基体，在硝酸镍溶液中浸泡后干燥，煅烧、通H₂还原，原位生长纳米碳管后，进行CVD沉积，石墨化处理，得高导热C/C复合材料。本发明结构合理、导热率高、工艺简单、操作方便、可在炭纤维表面形成垂直均匀分布的纳米碳管，经CVD沉积，石墨化处理，在炭纤维与基体炭之间形成高织构CNT/PyC界面过渡层，大大提高了基体及过渡层的热传导效率。适于工业化生产。

主权项

一种高导热C/C复合材料的制备方法，所述C/C复合材料由炭纤维基体、纳米碳管、热解炭组成，所述纳米碳管分布于炭纤维基体表面，热解炭在炭纤维表面和纳米碳管表面“三维”沉积，在炭纤维和热解炭之间形成高织构CNT/PyC界面过渡层；所述炭纤维基体由无纬布按同一方向叠层形成，所述炭纤维基体中纤维的体积分数为30~40%；所述纳米碳管的直径为50~150nm，长度1μm~10 μm，纳米碳管与炭纤维基体的质量百分比为2.5%~7%；所述纳米碳管垂直于炭纤维基体表面均匀分布；其制备方法，包括下述步骤：第一步：炭纤维基体的制备取无纬布进行表面去胶处理后，按同一方向叠层形成单向长纤维的炭纤维基体；第二步：炭纤维基体表面生长纳米碳管将第一步获得的炭纤维基体在硝酸镍溶液中浸泡后干燥，然后，在N₂气氛中于400~500℃煅烧后，升温至500～600℃，通入H₂还原，得到纤维表面均匀附着催化剂镍颗粒的炭纤维基体；还原过程控制H₂与N₂体积比为3：2~4，还原结束后，停止通H₂，继续升温至750~800℃，停止通N₂，同时通入碳源气体、载气、还原气体，原位生长纳米碳管，反应完毕后，关闭碳源气体、载气、还原气体，再通N₂冷却到室温，得到纳米碳管分布于炭纤维基体表面的预制体，纳米碳管生长过程中，碳源气体与还原气体的流量比为1:4~4.5；第三步：酸化去除残余催化剂颗粒：将第二步所得的预制体置于浓硝酸中浸泡后取出，用去离子水反复清洗至pH为6.5‑7.5，然后，干燥，得到净化后预制体；第四步：CVD增密将第三步所得净化后预制体放入等温CVD炉中，碳源气体为丙烯、甲烷、天然气中的一种，稀释气体为氮气、氢气或其混合气体，进行CVD沉积，沉积结束后，进行石墨化处理，得到高导热C/C复合材料。