[发明专利]一种内含导热导电CNT网络的陶瓷基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种内含导热导电CNT网络的陶瓷基复合材料的制备方法，利用CNT纸与陶瓷纤维布叠层制备复合材料预制体，并结合厚度方向的CNT定向微柱建立三维导热导电通道，采用化学气相沉积法制备陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料，得到导热导电CNT网络的陶瓷基复合材料，有利于充分发挥CNT的导热导电等功能特性。复合材料的热导率提升20～50倍，电导率提升50～300倍。有益效果：(1)稳定提高CNT的含量；(2)建立材料厚度方向的CNT网络结构。

技术领域

本发明属于复合材料领域，，涉及一种内含导热导电CNT网络的陶瓷基复合材料的制备方法。

背景技术

随着工业生产技术以及航空航天技术的发展，对复合材料种类的需求更加多样，对材料性能的要求也越来越高。在许多领域，例如火箭发动机和空天飞行器的热防护系统等，不仅要求陶瓷基复合材料具备良好的力学性能，还要求材料具有优良的导热、导电和电磁屏蔽性能。CNT作为性能优异的碳纳米材料已经成为复合材料领域常用的功能性增强体。目前陶瓷基复合材料领域CNT的掺杂工艺主要为原位生长、电泳沉积等，此类工艺无法精确控制CNT的含量，且忽略材料厚度方向CNT通道的建立，限制了材料的应用范围。

文献1“Improving thermal conductivity in the through-thicknessdirection of carbon fibre/SiC composites by growing vertically aligned carbonnanotubes.Carbon(2017)116 84-93.”利用化学气相沉积的方法在碳纤维织物上垂直纤维布表面方向生长出CNT，局部提升了CNT有序性，定向提升了导热性能和强度。但该方法也存在如下问题：(1)碳纤维织物作为VACNT生长的基底需要预先处理，作为复合材料增强体的碳纤维织物在处理过后，纤维损伤程度具有不可控性。(2)VACNT的生长机理较为复杂，在复合材料内的质量分数和整个生长过程中VACNT的取向程度难以控制。

文献2“Preparation and Mechanical Properties of Continuous CarbonNanotube Networks Modified C_f/SiC Composite.Advances in Materials Science andEngineering(2015)101 120-157.”在碳纤维布表面真空浸渍CNT，后将CNT-预制体置于前驱体溶液(PCS:DVB＝1:0.4)中，真空浸渍并在120℃固化6h，最后以10℃/min的升温速率，1000℃氩气保护下热解2h得到复合材料。在该工艺中，同样存在前述工艺中存在的问题，即CNT的含量偏低、不适于规模化生产等。

文献3“Fabrication and mechanical properties of SiC compositestoughened by buckypaper and carbon fiber fabrics alternatelylaminated.Ceramics International.(2017)43 12280-12286.”使用真空抽滤法制备CNT纸，并与碳纤维布叠层制备预制体，利用CVI工艺得到复合材料，将复合材料的断裂强度提升了19.8％。

专利号CN102021817A公开了一种原位生长有碳纳米管的碳化硅纤维立体织物及其复合材料的制备方法。与文献1中存在的问题类似，即碳化硅纤维织物需要预处理，以及在沉积过程中CNT生长不可控等。

专利号CN105461337A公开了一种超短脉冲激光加工辅助CVI制备陶瓷基复合材料的方法，利用超短脉冲激光对复合材料进行超精细微孔加工，从而疏通气态先驱体的传输通道循环沉积，获得高致密度陶瓷基复合材料。改善沉积过程中预制体孔隙结构，解决沉积的瓶颈效应，提高复合材料均匀性和致密度，提高复合材料的强度，缩短沉积时间。