[发明专利]一种准各向同性高导热C/C复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及核聚变用壁垒材料技术领域，尤其涉及一种准各向同性高导热C/C复合材料及其制备方法。该方法将沥青纤维成网后依次进行预氧化处理和碳化处理，得到碳纤维无纺布；在碳纤维无纺布上涂覆碳量子点改性溶液，并进行干燥处理，再经叠层针刺后得到改性碳纤维无纺布；对改性碳纤维无纺布顺次进行化学结合、气相渗透、前驱体浸渍热解增密、碳化处理和石墨化处理，即得准各向同性高导热C/C复合材料。该法制备的准各向同性高导热C/C复合材料不仅具有较好的界面结合状态，而且明显改善了复合材料的各向异性特征，具有较好的强度和导热性能。

技术领域

本发明涉及核聚变用壁垒材料技术领域，尤其涉及一种准各向同性高导热C/C复合材料及其制备方法。

背景技术

低杂波电流驱动是目前国际上实现托卡马克稳态运行的主要手段，低杂波天线采用相控多结波导阵形式。多结波导阵天线由20个主波导单元组成，每个主波导又被一个一分八的功分器分成8个有源子波导，相邻的两个主波导单元间插入一个无源子波导，为了保护天线端口免受等离子体电流灼烧和高能粒子轰击，在天线端口处要设置保护限制器。新一代的限制器壁垒材料将采用高导热C/C复合材料取代传统石墨材料，优化壁垒材料的抗溅射能力和导热能力。

目前的高导热C/C复合材料体系通常各向异性度大，在和铜焊接时既要考虑焊接面的纤维和热解碳分布，又要考虑导热的方向性，设计和制造均和传统的三维C/C复合材料存在差异。与此同时，高导热C/C复合材料，由高导热中间相沥青基碳纤维和基体炭组成，是一个多元材料体系。由于高导热中间相沥青基碳纤维的模量远高于PAN基碳纤维，通常在800GPa以上，编织工艺性能差，预制体成型时极容易出现纤维损伤而导致最终复合材料的力学性能和导热性能明显降低。最后，中间相沥青基碳纤维表面惰性大，与热解碳、沥青碳等基体的界面状态与传统的PAN基碳纤维存在差别，需要进行特殊的结构调控和获得良好结合状态的界面结构特征。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准各向同性高导热C/C复合材料及其制备方法，该方法制备的准各向同性高导热C/C复合材料不仅具有较好的界面结合状态，而且明显改善了复合材料的各向异性特征。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种准各向同性高导热C/C复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将沥青纤维成网后依次进行预氧化处理和碳化处理，得到碳纤维无纺布；

2)在碳纤维无纺布上涂覆碳量子点改性溶液，并进行干燥处理，再经叠层针刺后得到改性碳纤维无纺布；

3)对改性碳纤维无纺布顺次进行化学结合、气相渗透、前驱体浸渍热解增密、碳化处理和石墨化处理，即得准各向同性高导热C/C复合材料。

作为优选，步骤1)中所述预氧化处理的条件是以0.5～1.5℃/min的升温速率升温至260～300℃。

作为优选，步骤1)中所述碳化处理在保护气体下进行，温度为600～1000℃，时间为10～60min，碳纤维无纺布面密度为10～40g/m²。

作为优选，步骤2)中所述碳量子点改性溶液通过葡萄糖水溶液进行水热反应配置，葡萄糖水溶液的浓度为0.8～1.6g/L，所述水热反应的温度为160～200℃，时间为12～36h。

作为优选，步骤2)中所述涂覆的涂覆量为0.8～1.2L/m²，所述干燥处理的温度为80～100℃，时间为1～5h。

作为优选，步骤3)中所述化学结合在保护气体下进行，气压为正压条件，温度为400～500℃，时间为1～2h；所述气相渗透的气压为1～3kPa，温度为800～1050℃，时间为100～500h。