[发明专利]一种炭纤维增强炭基复合材料蜂窝的制备方法

说明书

本发明公开了一种炭纤维增强炭基复合材料蜂窝的制备方法，选取600℃～800℃低温炭化的中间相沥青基炭纤维布作为复合材料的增强体，可溶性混合沥青作为浸渍用基体前驱体，采用先驱体浸渍裂解工艺制备基体炭，控制沥青先驱体溶液浓度，多次浸渍热压得到具有一定密度的蜂窝网格，然后高温炭化，采用CVI工艺沉积裂解炭封孔，进一步使材料致密化，最终得到C/C复合材料蜂窝。本发明原料利用率高、制品成型质量高，制得的炭纤维增强炭基复合材料蜂窝可作为耐热冲击‑耐高低温交变‑承载一体化结构复合材料的夹芯层使用。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域。具体涉及一种炭纤维增强炭基复合材料蜂窝的制备方法。

背景技术

蜂窝结构通常作为夹芯层使用，提高结构的抗弯刚度和横向剪切性能，当蜂窝与透波面板，反射底板组成三明治夹芯结构时，能作为吸波介质的载体，对入射电磁波具有很好的吸收效果。目前在航天结构上的三明治夹芯结构采用的蜂窝多为铝蜂窝、芳纶蜂窝或炭纤维/环氧复合材料蜂窝等，铝蜂窝导热性能好，但与炭纤维面板接触易发生电偶腐蚀；芳纶蜂窝压缩强度较低，易吸潮，稳定性较差；炭纤维/环氧复合材料蜂窝抗辐射性能差，在空间环境状态下易放出气体，挥发出的可凝物会影响反射镜和电路基板的功能。

本发明旨在克服已有技术不足，目的是提供一种C/C复合材料蜂窝结构材料的制备方法，既具有炭材料本身的高耐热性、高导热特性、超低热膨胀，又能克服芳纶蜂窝和炭纤维/环氧复合材料的吸湿性，不会产生可凝挥发份，并具有维持超高尺寸稳定性的特点，与面板材料相容性好，不存在发生电偶腐蚀的风险，可作为耐热冲击-耐高低温交变-承载一体化结构复合材料的夹芯层使用。

发明内容

本发明针对现有蜂窝材料存在的问题，提供一种C/C复合材料蜂窝的制备方法，即先驱体浸渍裂解(PIP)+化学气相渗透(CVI)方法，该制备方法具有原料利用率高、制品成型质量高等特点。

选取中间相沥青基炭纤维布作为复合材料的增强体，可溶中间相沥青作为浸渍用基体前驱体，采用先驱体浸渍裂解工艺制备基体炭，控制沥青先驱体溶液浓度，多次浸渍热压得到具有一定密度的蜂窝网格，然后高温炭化，采用CVI工艺沉积裂解炭封孔，进一步使材料致密化，最终得到C/C复合材料蜂窝。

具体方法是：

一种炭纤维增强炭基复合材料蜂窝的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在模具上涂覆混合沥青A溶液，将单层中间相沥青基炭纤维布铺放在模具上，再涂覆一遍该沥青溶液，然后合模预压实，进行预氧化定型，得到蜂窝条，所述预氧化工艺条件为：以0.5℃/min的升温速度升温至120℃～130℃，然后以1℃/min的升温速度升温至170～190℃，保温时间为120～240min；

(2)在步骤(1)中得到的两片蜂窝条之间用混合沥青B溶液作为粘接剂，宽度方向对齐，放置在组合模内，进行预氧化，预氧化温度为280～320℃，时间为120～240min，，再在惰性气氛保护下进行碳化处理；碳化温度为400～450℃，碳化时间为60～180min；

(3)脱模，取出沥青基炭蜂窝预成型体，放入混合沥青A溶液中进行浸渍，按上述步骤(1)预氧化，按上述步骤(2)碳化处理，重复浸渍、预氧化、碳化直至密度增加不大于2％；

(4)在惰性气氛保护下，使基体高温炭化；

(5)将高温炭化后的蜂窝放入化学气相沉积炉内，通入炭氢气体，升温裂解，在蜂窝表面沉积裂解炭，从而得到致密化的炭/炭复合材料蜂窝。

步骤(1)中，所述单层中间相沥青基炭纤维布为600～800℃低温炭化炭纤维编织而成。

步骤(1)中，所述单层中间相沥青基炭纤维布的厚度为0.05～0.3mm，宽度为5～100mm。