[发明专利]一种连续在碳纤维表面进行碳化硅涂层的方法

说明书

技术领域

本发明一种连续在碳纤维表面进行碳化硅涂层的方法涉及一种碳纤维表面涂层技术，具体地说涉及一种采用电泳的方法在碳纤维表面进行碳化硅涂层技术。

背景技术

碳纤维具有质量轻、模量高、强度大、耐疲劳性和抗酸碱等优点，例如碳纤维的比重是钢铁的1/4，但强度却是钢铁的7-8倍；碳纤维的耐酸碱和抗疲劳性能也明显优于钢铁。因此，碳纤维增强复合材料在航空航天、工程机械和体育器材等高科技领域有重要的应用。另外碳纤维的导电性能介于金属和非金属之间，是一种重要的高温结构吸波材料，国外已应用在一些先进的隐形战机上，如美国的B-2轰炸机，其机翼结构材料主要是由碳纤维复合材料构成的。碳纤维材料优异的理化性能，特别是其制品的结构和尺寸稳定性，使得碳纤维制品成为航天飞机、火箭和导弹锥头和喷管等首选材料。然而，碳纤维材料在使用过程中，特别是在有氧气环境中存在易烧蚀的问题。如何解决碳纤维的抗氧化性能差的问题，成为材料界的一个难点问题。

碳化硅具有强度高、导热性好、化学性质稳定和抗氧化性能好等优点。碳化硅和碳纤维界面间能够形成稳定的化学键，可有效防止涂层的脱落；而且在高温氧化环境下，碳化硅涂层氧化形成的致密氧化硅保护膜，可阻止复合材料的进一步氧化。另一方面，在碳纤维表面涂覆一层碳化硅后，还能解决碳纤维与铝、钛等金属在复合过程中存在的界面活性高、易发生化学反应，导致力学性能降低等问题。因此，在碳纤维表面涂覆一层碳化硅材料，不仅能提高碳纤维材料的抗氧化性能，而且还能解决碳纤维与金属界面间的化学问题，提高碳纤维增强材料的力学性能，拓宽碳纤维材料的应用领域。

表面涂覆碳化硅的碳纤维材料，具有碳纤维材料原有的质量轻、模量高、强度大、耐疲劳性和抗酸碱等优点，同时还解决了碳纤维抗氧化性差和在与金属复合过程中存在的界面活性过高等问题。因此是一种性能比碳纤维更优异，用途更广泛的先进材料，在航空航天等高科技领域有更广泛的应用价值。在碳纤维表面涂覆一层碳化硅形成碳芯碳化硅纤维，已成为材料界的一个研究热点。相关技术国内外也有文献报道。

中国专利02121071.3公布了一种在碳纤维表面涂覆碳化硅表层的方法和专用装置。该技术采用射频聚焦式加热装置将碳纤维加热到1100-1300℃，并在石英管或反应器中形成一氯硅烷和高纯氩气的反应环境，使氯硅烷裂解形成氯化氢的同时，将碳化硅气相沉积在碳纤维表面，形成碳化硅涂层。中国专利200610151216.3公布了一种在碳纤维表面制备碳化硅涂层的方法。该技术是将纯度为99.99%的硅粉和纯度为99.9%的碳粉按1:1的摩尔比混合后装入真空球磨罐中，球料质量比为20~35:1，然后将球磨罐抽真空后重入0.01~0.2个大气压的纯度为99.9999%的氩气，将球磨罐置于高能球磨机上以430~510转/分的速度球磨10~24小时，用2%~5%的盐酸对球磨后的粉体进行酸性，酸洗后用蒸馏水洗，在60~80℃烘干5~10小时，得到混合干粉，再取含量为3%~10%的异辛酸铈或异辛酸钇溶液80~120毫升，与4~6克混合物干粉混合，并加入分析纯乙醇或汽油调成质量浓度为5~15%的浆料；再讲碳纤维放入浆料中浸渍5~15分并同时对浆料进行超声波振荡，将浸渍后的碳纤维放入烘箱中以60~100℃的温度烘干2~4小时，最后将干燥后的碳纤维放入真空炉中，抽空到10-2Pa后通入纯度为99.9999%的氩气并在1200~1600℃的条件下烧结0.5~2小时，得到表面具有碳化硅涂层的碳纤维。

采用电化学方法在碳/碳复合材料表面沉积碳化硅的方法，也有专利报道。如中国专利200810231996公告了一种碳/碳复合材料纳米碳化硅外涂层方法。该方法首先将0.5-1克纳米碳化硅放入锥形瓶中，加入100-300ml异丙醇制成悬浮液，放入200-300瓦超声处理器中超声处理30-60分钟，并用磁力搅拌器上搅拌12-24小时后，加入0.04-0.4克碘单质，再用超声处理30-60分钟，磁力搅拌器上搅拌12-24小时，得到碳化硅悬浮液。然后将悬浮液放入水热反应釜中，将碳/碳复合材料样品夹到水热反应釜中的阴极上，放入烘箱中，接通电源。在80-300℃下，电压在120-230V范围内，电泳处理5-60分钟，最后将电泳处理过的样品在烘箱中80-100℃烘烤1-2小时，即可将碳化硅涂覆到碳/碳复合材料的外表面上。