[发明专利]一种三维纤维/碳纳米管多级增强体及其制备方法

权利要求书

1.一种三维纤维/碳纳米管多级增强体，其特征在于，通过化学气相渗透(CVI)工艺在三维纤维预制体中生长作为纳米增强相的碳纳米管(CNTs)，得到所述多级增强体。

2.如权利要求1所述的多级增强体，其特征在于，所述三维纤维预制体选自三维四向预制体、三维五向预制体、二维缝合预制体、2.5D立体预制体、三维针刺预制体、三维穿刺预制体、三维正交预制体或其组合

3.如权利要求1所述的多级增强体，其特征在于，所述三维纤维预制体中，所采用的纤维选自碳纤维、碳化硅纤维、BN纤维、陶瓷纤维或其组合。

4.如权利要求1所述的多级增强体，其特征在于，所述三维纤维预制体中，纤维表面沉积有界面层，所述界面层包括PyC界面、SiC界面、BN界面、Si₃N₄界面、ZrC界面、ZrB₂界面、HfC界面、HfB₂界面、TaC界面、TiC界面以及由上述界面组成的复合界面。

5.如权利要求1所述的多级增强体，其特征在于，所述生长方法的具体步骤如下：

三维纤维编织体在催化剂前驱体溶液中进行浸泡并干燥；对干燥后的编织体进行高温热处理并在还原气氛下进行还原，使负载的催化剂转化为金属纳米颗粒，得到所述三维纤维预制体；

采用化学气相渗透工艺在所述三维纤维预制体中生长碳纳米管(CNTs)，得到所述多级增强体。

6.如权利要求5所述的多级增强体，其特征在于，所采用的催化剂前驱体包括含铁、钴、镍的盐类及其多种组合。

7.如权利要求5所述的多级增强体，其特征在于，所采用的催化剂前驱体溶液的浓度为0.01mol/L至催化剂前驱体的饱和溶液。

8.如权利要求5所述的多级增强体，其特征在于，热处理的温度为200-1400℃，优选650-1000℃。

9.如权利要求5所述的多级增强体，其特征在于，还原反应温度为500-1400℃，优选500-1000℃。

10.如权利要求1所述的多级增强体，其特征在于，所述化学气相渗透工艺的沉积温度为500-1400℃，优选600-1000℃。

11.如权利要求1所述的多级增强体，其特征在于，所述化学气相渗透工艺的沉积时间为5min-10h，优选0.5h-3h。

12.如权利要求1所述的多级增强体，其特征在于，生长碳纳米管时所采用的碳源为碳氢化合物，优选甲烷、乙烯、乙炔或其组合。

13.如权利要求1所述的多级增强体，其特征在于，所述化学气相渗透工艺的沉积区域气体滞留时间为0.001s/cm-1s/cm，优选0.01s/cm-0.3s/cm。

14.如权利要求1所述的多级增强体，其特征在于，所述化学气相渗透工艺的沉积压力为0.1KPa-50KPa，优选0.5-20KPa。

15.如权利要求1所述的多级增强体，其特征在于，采用的催化剂中同时引入阻止催化剂在高温下发生团聚的其他金属或惰性组分。

16.如权利要求1所述的多级增强体，其特征在于，所述化学气相渗透工艺过程中同时通入部分CO或H₂作为还原气体，以避免催化剂氧化或中毒；或所述化学气相渗透工艺过程中同时通入其他惰性气体作为稀释气体。

17.一种如权利要求1所述的多级增强体的制备方法，其特征在于，所述方法是通过化学气相渗透(CVI)工艺在三维纤维预制体中生长作为纳米增强相的碳纳米管(CNTs)，得到所述多级增强体。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述三维纤维预制体选自三维四向预制体、三维五向预制体、二维缝合预制体、2.5D立体预制体、三维针刺预制体、三维穿刺预制体、三维正交预制体或其组合

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述三维纤维预制体中，所采用的纤维选自碳纤维、碳化硅纤维、BN纤维、陶瓷纤维或其组合。