[发明专利]一种提高碳/碳复合材料厚板增密密度的方法

说明书

本发明公开了一种提高碳/碳复合材料厚板增密密度的方法，所述制备方法为先将直径≤400μm、长度≤10mm的剑麻纤维编织到碳纤维预制体中，然后进行化学气相沉积增密，预制体中剑麻纤维质量分数为1～5％，所述碳纤维预制体厚度为20～35mm的圆盘，预制体的密度为0.3～0.6g/cm³；本发明创新性地利用粗直径剑麻纤维在化学气相沉积时碳化收缩，在碳纤维预制体中构建沿预制体厚度方向的气体通道和沿网胎表面的气体通道，形成纵横交错的其他通道，改善碳纤维预制体的透气性，使碳源气体能够远程送达预制体芯部，可以大幅度提高增密密度及增密密度分布的均匀性，解决碳/碳复合材料的均匀增密难题，制备的碳/碳复合材料密度达到1.8g/cm³以上。

技术领域

本发明公开了一种提高碳/碳复合材料厚板增密密度的方法，属于碳/碳复合材料制备技术领域。

背景技术

碳/碳复合材料是一种以碳纤维增强碳基体的先进复合材料，具有质量轻、比强度高、热膨胀系数低、尺寸稳定性好、耐腐蚀等优异性能，特别是具有优异的摩擦磨损性能，在航空、航天、热加工等领域具有广阔的应用前景。

化学气相沉积是制备碳/碳复合材料的重要方法，该方法制备的复合材料具有连续热解碳基体结构，可赋予复合材料高的力学性能和摩擦磨损性能，是获得高性能碳/碳复合材料，如航空刹车材料的首选途径。化学气相沉积通过碳源气体在高温下裂解，将碳原子沉积至碳纤维表面得到。实现化学气相沉积的前提条件是。现有化学气相沉积工艺对碳纤维预制体的增密过程是一种非均匀增密过程，体现在表面比芯部增密速度快，复合材料产生由表及里密度梯度。当碳纤维预制体增密到一定程度(如密度达1.6g/cm³)时，复合材料表面密度达到1.85g/cm³以上，形成表面封孔，阻碍碳源气体通过表面向芯部的渗透，影响增密效率，难以获得高密度的碳/碳复合材料。

因此，如何提高碳/碳复合材料厚板增密密度及改善其密度的均匀性，一直以来都是碳/碳复合材料制备技术领域的技术难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高碳/碳复合材料厚板增密密度的方法。

剑麻纤维是一种天然植物纤维，直径为200～400μm，在碳化时产生60％左右的体积收缩。本发明将剑麻纤维编织入碳纤维预制体中，利用粗直径的剑麻纤维碳化收缩，在细直径(约7μm)的碳纤维编织的预制体中形成孔隙，构建碳源气体通道，改善碳纤维预制体的透气性，使碳源气体能够远程送达预制体芯部，解决碳/碳复合材料厚板(含圆盘状碳/碳复合材料)沿厚度方向的均匀增密难题，制备高密度的碳/碳复合材料。

为了实现上述目的，本发明一种提高碳/碳复合材料厚板增密密度的方法，是采用下述方案实现的：

先将直径≤400μm、长度≤10mm的剑麻纤维编织到碳纤维预制体中，然后进行化学气相沉积增密。

本发明一种提高碳/碳复合材料厚板增密密度的方法，所述碳纤维预制体是厚板，厚度为20～35mm，密度为0.3～0.6g/cm³。

本发明一种提高碳/碳复合材料厚板增密密度的方法，所述剑麻纤维直径为200～400μm，长度5～10mm，剑麻纤维占预制体的质量百分数为1～5％。