[发明专利]一种碳/碳复合材料用结构增强针刺预制体、碳/碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于预制体制备技术领域，特别涉及一种碳/碳复合材料用结构增强针刺预制体、碳/碳复合材料及其制备方法。本发明采用0°碳纤维无纬布、网胎、45°碳纤维无纬布、网胎、‑45°碳纤维无纬布、网胎和90°碳纤维无纬布的顺序形成交替层叠结构，该种结构所得的针刺预制体在致密化后，所得的碳/碳复合材料在受到应力时底部0°碳纤维无纬布中的碳纤维最先达到断裂强度，在0°碳纤维断裂后裂纹穿过45°碳纤维无纬布和‑45°碳纤维无纬布的碳纤维时发生偏转并沿界面扩展，发生裂纹偏转，造成层间分层破坏，使得断裂应力得到释放，有利于减缓应力裂纹在纵向的扩展，进而有利于增强碳/碳复合材料的强度和韧性。

技术领域

本发明属于碳纤维预制体技术领域，特别涉及一种碳/碳复合材料用结构增强针刺预制体、碳/碳复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维增强碳基体复合材料(碳/碳复合材料)是一种密度低、质量轻、耐烧蚀和热膨胀系数小的材料，近年来被作为石墨材料的替代品而广泛用于高温领域，例如在航空发动机喷管中，碳/碳复合材料可以作为结构功能材料使用。目前市场上航空发动机喷管用碳/碳复合材料一般为先制备碳纤维针刺预制体，而后对预制体进行烧结、致密化等处理获得。由于碳/碳复合材料应用于航空发动机喷管时需要承担喷管的振动与摆动载荷，因此，碳/碳复合材料需要具有高的力学性能。

碳纤维针刺预制体直接影响碳/碳复合材料的力学性能，但由目前的碳纤维针刺预制体得到的碳/碳复合材料强度和韧性差，受力时容易发生脆性断裂，力学性能差。如中国专利CN110747578B公开了一种高密度碳纤维针刺毡及其制备方法，采用展宽纤维制备的碳纤维布替代了常用碳纤维布，降低了碳纤维布厚度，但所得高密度碳纤维针刺毡的弯曲强度仍较低，力学性能差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳/碳复合材料用结构增强针刺预制体，由碳/碳复合材料用结构增强针刺预制体得到的碳/碳复合材料具有强度和韧性高的特点。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳/碳复合材料用结构增强针刺预制体的制备方法，包括以下步骤：

将无纬布和网胎逐层交替叠层，得到待针刺体，所述待针刺体中，无纬布共4层，网胎共3层；依叠层顺序，所述叠层时各层无纬布中碳纤维的方向角度依次为0°、45°、-45°和90°；

将所述待针刺体进行针刺，得到所述碳/碳复合材料用结构增强针刺预制体。

优选的，所述无纬布中碳纤维的规格独立地为3K、6K、12K、18K、24K、48K或50K。

优选的，所述网胎的面密度独立地为50～150g/cm²。

优选的，所述针刺中针刺的密度为40～45刺/m²，进针深度为15～20cm。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的碳/碳复合材料用结构增强针刺预制体，包括叠层设置的第一无纬布、第一网胎、第二无纬布、第二网胎、第三无纬布、第三网胎和第四无纬布，所述第一无纬布、第二无纬布、第三无纬布和第四无纬布中碳纤维的方向角度依次为0°、45°、-45°和90°。

本发明还提供了一种碳/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

利用烷烃类气体碳源对碳/碳复合材料用结构增强针刺预制体进行化学气相渗透沉积，得到所述碳/碳复合材料；

所述碳/碳复合材料用结构增强针刺预制体为上述技术方案所述的碳/碳复合材料用结构增强针刺预制体。

优选的，所述烷烃类气体碳源包括甲烷或环己烷。

优选的，所述化学气相渗透沉积在保护气的气氛中进行；所述保护气和烷烃类气体碳源的体积流量比为(3～4)：1。