[发明专利]一种碳化硅/碳纳米管复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于纳米材料领域，涉及一种碳化硅/碳纳米管复合材料及其制备方法，以碳纳米管宏观体为预制体，采用碳纳米管复合碳化硅粉末固相烧结的方法，制备出碳化硅和碳纳米管的复合材料，碳纳米管的质量分数为0.1‑50％。通过选用碳纳米管取向和排布的各种碳纳米管宏观体为预制体，可获得具有高度分散、高体积含量和各种取向排布的碳化硅和碳纳米管的复合材料；通过纤维预制体设计可构造和制备纤维和块体等不同形态和各种尺度的碳化硅和碳纳米管的复合材料；获得多种力学和电学性能的碳化硅和碳纳米管的复合材料，有望作为高性能复合材料、导电导热材料和功能材料用于航空航天、国防装备和功能材料器件等领域。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种碳化硅和碳纳米管的复合材料及其制备方法，具体是以碳纳米管宏观体(以碳纳米管纤维为原料)为预制体，采用固相烧结的方法，制备碳化硅和碳纳米管的复合材料。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

碳化硅基复合材料，具有轻质高强、耐高温等优异性能，已用于航空航天、现代武器等高技术领域。碳纳米管(CNT)作连续纤维，具有一维纳米结构、高的比表面积，可以实现轻质高强、导电导热等优异的增强性能。将碳纳米管作为增强体与碳化硅进行复合，利用碳纳米管高的比表面积、高强度、高模量和高韧性等性能可与碳化硅基体匹配构成良好的界面结合，具有小的界面应力，有望获得高强、抗冲击、耐高温和抗热震的高性能纤维增强碳化硅复合材料。利用碳纳米管独特的一维纳米结构、高导电和高导热性能，可在碳化硅基体中形成相互连接的导电和导热网络，实现复合材料多功能与智能特性。

碳纳米管纤维(CNTF)是由碳纳米管组成的宏观纤维，具有独特三维网络结构，可制备出高碳纳米管含量、可控取向和均匀分散的碳纳米管复合材料，可发挥碳纳米管的一维纳米结构和轴向力学和物理性能，获得具有各向同性和各向异性力学性能和物理性能的碳纳米管复合材料。

但发明人发现：现有方法制备的碳纳米管和碳化硅的复合材料无法实现碳纳米管定取向。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的目的在于提供一种碳化硅和碳纳米管的复合材料及其制备方法。以碳纳米管宏观体(以碳纳米管纤维为原料)为预制体，采用固相烧结方法制备出碳化硅和碳纳米管的复合材料。本发明可制备出各种碳纳米管含量的碳化硅和碳纳米管的复合材料，和碳纳米管纤维均匀分散的碳化硅和碳纳米管的复合材料。并且还可以制备出碳纳米管纤维具有定向排列而碳纳米管定取向的碳化硅和碳纳米管的复合材料。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种碳化硅和碳纳米管的复合材料的制备方法，包括：

将碳纳米管纤维加工成碳纳米管宏观体，作为预制体；

将碳化硅陶瓷粉末与所述预制体在分散介质中混合均匀，去除分散介质，得到复合粉体或复合层片；

将所述复合粉体或复合层片制成素坯，固相烧结，得到碳化硅和碳纳米管的复合材料。

本发明以碳纳米管预制体(碳纳米管纤维)和碳化硅粉预制原坯，将原坯通过无压烧结、热压烧结、SPS烧结等方法进行烧结方式，制备出碳纳米管和碳化硅复合材料。采用本发明的方法制备复合材料具有制备过程简单的优点。

本发明的第二个方面，提供了上述的方法制备的碳化硅和碳纳米管的复合材料。

本发明以碳纳米管组成的宏观体(以碳纳米管纤维为原料)为预制体，采用固相烧结法制备出碳纳米管和碳化硅的复合材料。

本发明的第三个方面，提供了上述的碳化硅和碳纳米管的复合材料在半导体、液晶、航空航天设备、国防装备、功能材料生产中的应用。

本发明的有益效果在于：