一种可传输冷却液或气C/C复合材料及其制备方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103724045 A (43)申请公布日 2014.04.16 CN 103724045 A (21)申请号 201310309232.0 (22)申请日 2013.07.23 C04B 38/00(2006.01) (71)申请人 太仓派欧技术咨询服务有限公司 地址 215400 江苏省苏州市太仓市科教新城 健雄路 20 号路南 2 栋 (72)发明人 陈照峰 汪洋 (54) 发明名称 一种可传输冷却液或气 C/C 复合材料及其制 备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种可传输冷却液或气的 C/C 复合材料及其制备方法。 由碳基体、 碳纤维增强体 和孔道组成， 其

2、特征在于孔道均匀存在于 C/C 复 合材料靠近表面的部分。在碳纤维编织或叠层形 成的增强结构中预制 Nb 丝在其中， 通过化学气相 沉积或液相浸渍的方法合成碳基体并增密复合材 料， 再石高温墨化， 然后使用氢氟酸和硫酸混合溶 液腐蚀掉复合材料中的 Nb 丝， 得到可传输冷却液 或气的 C/C 复合材料。本发明的优点是可作为生 物材料骨架， 电介质等其他生物物质可在该复合 材料内部运输， 亦可在该复合材料内部通入冷却 液或气以吸收热量， 降低材料的表面温度。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利

3、要求书1页 说明书2页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103724045 A CN 103724045 A 1/1 页 2 1. 一种可传输冷却液或气的 C/C 复合材料， 由碳基体、 碳纤维增强体和孔道组成， 其特 征在于孔道均匀存在于 C/C 复合材料靠近表面的部分。 2.根据权利要求1所述的C/C复合材料， 其特征在于所述的孔道为圆形， 直径为0.5 2mm， 孔道层距离表面的厚度为 4 20mm。 3. 根据权利要求 1 所述的 C/C 复合材料， 其特征在于所述的孔道占整体材料的体积比 率为 5 35。 4. 根据权利要求 1 所述的 C/C 复合材料， 其特征在于所述的孔道形

4、状可为直线形或弯 曲形， 孔道与孔道之间可平行分布或交叉分布。 5. 一种可传输冷却液或气的 C/C 复合材料的制备方法， 其特征在于包括下述顺序的步 骤 ： (1) 在碳纤维编织或叠层形成的增强结构中预制 Nb 丝在其中， Nb 丝的直径为 0.5 2mm ； (2) 通过化学气相沉积或液相浸渍的方法合成碳基体并增密复合材料， 再在 2000 2700石墨化 ； (3) 将所制备的复合材料浸渍于氢氟酸和硫酸的混合溶液中， 保持一段时间 ； (4) 将复合材料真空除气、 除水， 或晾干， 或热风烘干 ； (5) 得到可传输冷却液或气的 C/C 复合材料。 权 利 要 求 书 CN 103724

5、045 A 2 1/2 页 3 一种可传输冷却液或气 C/C 复合材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种 C/C 复合材料及其制备方法， 特别是涉及一种可传输冷却液或气 C/C 复合材料及其制备方法。 技术背景 0002 C/C 复合材料的比强度、 比模量高， 2000以上的高温仍保持其高强度、 摩擦性能 和抗热震性能， 是最有前途的高温结构材料。 然而， 碳在370的有氧气氛中开始氧化， 高于 500时迅速氧化， 导致 C/C 复合材料毁灭性破坏。通过基体改性的方法， 即在 C 基体中添 加各种抗氧化剂， 可以将C/C复合材料在空气中的抗氧化温度提高到800。 但作为实际用 途

6、上的耐高温抗氧化材料， 其高温抗氧化性还远远不够。对 C/C 复合材料的保护一般有两 种， 一种是降低材料的温度 ； 二是在材料表面刷涂层防止氧化。因此， 为了保证 C/C 复合材 料的高温强度， 可以对其进行降温处理， 而在 C/C 复合材料内部通入冷却液或气将是一种 有效的降低材料表面温度的方法。 0003 文献 “专利申请号是 200810231997.6 的中国发明专利” 公开了一种碳材料表面高 温抗氧化涂层的制备方法， 该方法是采用料浆涂刷发在 C 材料表面制备高温抗氧化涂层， 工艺简单， 效率高， 可重复性好， 大幅降低炭材料的生产成本。 但是， 文献所提供的防氧化涂 层的存在一个

7、严重的缺陷是涂层结合强度较弱， 在高速气流冲刷环境下， 容易脱落， 无法实 现对基体的有效保护， 致使 C/C 复合材料使用性能严重下降。 0004 文献 “碳化铪改性炭/炭复合材料喉衬的热化学烧蚀， 沈学涛， 李克智， 李贺军.无 机材料学报， 2011， 26(4) ： 427-432” 公开了一种提高复合材料抗烧蚀能力的方法， 该方法是 在 C/C 复合材料中渗入难溶金属碳化物， 以改性 C 基体的成分， 提高其抗烧蚀的能力。虽然 这种方法能使 C/C 复合材料在一定程度上提高其抗烧蚀能力， 但是作为实际用途上的耐高 温材料， 其性能还远远不够。 发明内容 0005 本发明的目的旨在克服

8、现有 C/C 不宜在高温有氧环境中使用的缺陷， 提供了一种 在高温环境中能有效降低 C/C 复合材料表面温度的方法。 0006 为实现本发明的目的所采用的技术方案是 ： 提供一种可传输冷却液或气的 C/C 复 合材料， 由碳基体、 碳纤维增强体和孔道组成， 其特征在于孔道均匀存在于 C/C 复合材料靠 近表面的部分。孔道为圆形， 直径为 0.5 2mm， 孔道层距离表面的厚度为 4 20mm， 其占 整体材料的体积比率为 5 35。所述的 C/C 复合材料， 其特征在于孔道形状可为直线形 或弯曲形， 孔道与孔道之间可平行分布或交叉分布。 0007 本发明还公开了一种可传输冷却液或气的 C/C

9、复合材料的制备方法， 其特征在于 包括下述顺序的步骤 ： 0008 (1) 在碳纤维编织或叠层形成的增强结构中预制 Nb 丝在其中， Nb 丝的直径为 0.5 2mm ； 说 明 书 CN 103724045 A 3 2/2 页 4 0009 (2) 通过化学气相沉积或液相浸渍的方法合成碳基体并增密复合材料， 再在 2000 2700石墨化 ； 0010 (3) 将所制备的复合材料浸渍于氢氟酸和硫酸的混合溶液中， 保持一段时间 ； 0011 (4) 将复合材料真空除气、 除水， 或晾干， 或热风烘干 ； 0012 (5) 得到可传输冷却液或气的 C/C 复合材料。 0013 本发明的有益效果

10、： (1) 可在该 C/C 复合材料内部通入冷却液或气以吸收热量， 可 显著降低复合材料的表面温度 ； (2) 由于该 C/C 复合材料内存在大量的孔道， 可作为生物材 料骨架， 电解质等其他生物物质可在该 C/C 复合材料内部运输 ； (3)Nb 丝经过氢氟酸和硫酸 的混合溶液腐蚀掉后， 会在内壁形成一层致密的 NbC 涂层， 可防止液体渗透到复合材料的 表面。 附图说明 0014 图 1 是一种可传输冷却液或气的 C/C 复合材料的截面图。 0015 图 2 是一种可传输冷却液或气的 C/C 复合材料的俯视图。 具体实施方式 0016 下面结合具体实施例， 进一步阐明本发明， 应理解这些实

11、施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围， 在阅读了本发明之后， 本领域技术人员对本发明的各种等价 形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。 0017 实施例 0018 图 1 是一种可传输冷却液或气的 C/C 复合材料的截面图。其中 10 是碳基体和 碳纤维增强体构成的 C/C 复合材料层， 20 是孔道， 其特征在于孔道均匀存在于 C/C 复合 材料靠近表面的部分。孔道为圆形， 直径为 1mm， 孔道层距离表面的厚度为 10mm。孔道占整 体材料的体积比率为 20。孔道形状为直线形， 孔道与孔道之间平行分布。上述可传输冷 却液或气的 C/C 复合材料的制备方法， 具体步骤如下 ： 0019 (1) 在碳纤维编织或叠层形成的增强结构中预制 Nb 丝在其中， Nb 丝的直径为 0.5 2mm ； 0020 (2) 通过化学气相沉积或液相浸渍的方法合成碳基体并增密复合材料， 再在 2000 2700石墨化 ； 0021 (3) 将所制备的复合材料浸渍于氢氟酸和硫酸的混合溶液中， 保持一段时间 ； 0022 (4) 将复合材料真空除气、 除水， 或晾干， 或热风烘干 ； 0023 (5) 得到可传输冷却液或气的 C/C 复合材料。 说 明 书 CN 103724045 A 4 1/1 页 5 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103724045 A 5