一种碳/碳复合材料平板制备方法技术领域
本发明涉及一种平板制备碳/碳复合材料方法。
背景技术
碳/碳复合材料，即碳纤维增强碳基体复合材料，是一种优异的热结构材料。它不仅具有复合材料优良的力学性能，而且也具有碳材料的特殊性能，如：低密度、高比强、高比模量、高导热性、低膨胀系数，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等，因此，碳/碳复合材料平板及其加工件被广泛运用于热加工领域。
现有技术中，多晶硅铸锭炉的顶板和坩埚盖板主要使用碳/碳复合材料平板，目前使用的碳/碳复合材料平板主要由平纹碳布或斜纹碳布叠层而成。在使用过程中碳/碳复合材料平板容易变形、分层和局部鼓泡，严重时会影响正常生产。
因此，提供一种能得到表面平整度好、层间结合强度高的碳/碳复合材料的制备方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能得到表面平整度好、层间结合强度高的碳/碳复合材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种碳/碳复合材料制备方法，包括以下步骤：
1）将细编碳纤维织物和短碳纤维网经交替叠层；
2）通过针刺的方式在所述细编碳纤维编织物和所述短碳纤维网之间设置连接加强线，得到碳纤维针刺整体毡；
3）将所述碳纤维针刺整体毡进行树脂浸渍，并在236℃～278℃固化，并保持加压；
4）将经树脂浸渍和固化的碳纤维针刺整体毡在2160℃～2420℃，进行石墨化处理，保温时间为0.5h～4h，并保持加压，得到碳/碳复合材料平板预成型体；
5）将所述碳/碳复合材料平板预成型体放入化学气相沉积炉中升温到900℃～1600℃，通入天然气、丙烷或丙烯为碳源气，氮气或氢气为稀释气，控制炉压为1～30kPa，增密时间为50h～200h，进行化学气相沉积增密。
优选地，还包括以下步骤：
6）将步骤5加工得到的碳/碳复合材料平板在2160℃～2420℃，进行石墨化处理，保温时间为0.5h～4h。
优选地，还包括以下步骤：
7）将步骤6加工得到的碳/碳复合材料平板进行机械加工，并加工必要的椭圆形或长方形孔。
优选地，还包括以下步骤：
8）将步骤7加工得到的碳/碳复合材料平板放入化学气相沉积炉中，升温到1060℃～1520℃，通入天然气，控制炉压为1.6～4.2kPa，时间0.5h～3h，进行表面涂层处理，使得碳/碳复合材料平板上、下表面复有碳或碳化硅涂层。
优选地，步骤2得到的碳纤维针刺整体毡表观密度为0.35g/cm3～0.95g/cm3。
优选地，步骤4得到的碳/碳复合材料平板预成型体密度为0.60 g/cm3～1.10 g/cm3。
优选地，步骤2得到的碳纤维针刺整体毡上、下最后一层为细编碳纤维织物。
优选地，步骤8得到的碳/碳复合材料平板厚度为2～15mm。
优选地，步骤5得到的碳/碳复合材料平板密度为1.40 g/cm3～1.65 g/cm3。
与现有技术相比，本发明由于采用上述碳/碳复合材料平板制备方法，因而，具有以下优点和积极效果：
1、通过针刺的方式在所述细编碳纤维编织物和所述短碳纤维网之间设置连接加强线，提高了碳/碳复合材料平板的层间结合强度；
2、通过在树脂浸浸渍和成型固化以及石墨化过程中保持加压，增强了碳/碳复合材料平板的平整度。
综上所述，本发明所提供的碳/碳复合材料平板制备方法，工艺方法简单、操作方便、工艺周期短、最终产品平整度高、层间结合强度高，解决了长期以来本领域迫切希望解决而未能解决的问题，为碳/碳复合材料平板的工业化生产提供了一种切实可行的方法。
附图说明
图1是本发明提出的碳/碳复合材料平板制备方法的一种实施例的工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种能得到表面平整度好、层间结合强度高的碳/碳复合材料的制备方法。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1
1）将细编碳纤维织物和短碳纤维网经交替叠层，并且上、下最后一层为细编碳纤维织物；
2）通过针刺的方式在所述细编碳纤维编织物和所述短碳纤维网之间设置连接加强线，得到表观密度为0.4g/cm3的碳纤维针刺整体毡；
3）将所述碳纤维针刺整体毡进行树脂浸渍，并在240℃固化，并保持加压；
4）将经树脂浸渍和固化的碳纤维针刺整体毡在2200℃，进行石墨化处理，保温时间为1.5h，并保持加压，得到密度为0.80 g/cm3碳/碳复合材料平板预成型体；
5）将所述碳/碳复合材料平板预成型体放入化学气相沉积炉中升温到1000℃，通入天然气为碳源气，氮气为稀释气，控制炉压为6kPa，增密时间为160h，进行化学气相沉积增密，得到密度为1.43 g/cm3的碳/碳复合材料平板；
6）将步骤5加工得到的碳/碳复合材料平板在2200℃，进行石墨化处理，保温时间为3.6h；
7）将步骤6加工得到的碳/碳复合材料平板进行机械加工，并加工必要的椭圆形或长方形孔；
8）将步骤7加工得到的碳/碳复合材料平板放入化学气相沉积炉中，升温到1100℃，通入天然气，控制炉压为2kPa，时间3.8h，进行表面涂层处理，使得碳/碳复合材料平板上、下表面复有碳或碳化硅涂层。
即得到厚度为3mm的本发明的碳/碳复合材料平板。
实施例2
1）将细编碳纤维织物和短碳纤维网经交替叠层，并且上、下最后一层为细编碳纤维织物；
2）通过针刺的方式在所述细编碳纤维编织物和所述短碳纤维网之间设置连接加强线，得到表观密度为0.6g/cm3的碳纤维针刺整体毡；
3）将所述碳纤维针刺整体毡进行树脂浸渍，并在255℃固化，并保持加压；
4）将经树脂浸渍和固化的碳纤维针刺整体毡在2300℃，进行石墨化处理，保温时间为2.5h，并保持加压，得到密度为1.02 g/cm3的碳/碳复合材料平板预成型体；
5）将所述碳/碳复合材料平板预成型体放入化学气相沉积炉中升温到1200℃，通入丙烷为碳源气，氢气为稀释气，控制炉压为12kPa，增密时间为120h，进行化学气相沉积增密，得到密度为1.60 g/cm3的碳/碳复合材料平板；
6）将步骤5加工得到的碳/碳复合材料平板在2300℃，进行石墨化处理，保温时间为2h；
7）将步骤6加工得到的碳/碳复合材料平板进行机械加工，并加工必要的椭圆形或长方形孔；
8）将步骤7加工得到的碳/碳复合材料平板放入化学气相沉积炉中，升温到1200℃，通入天然气，控制炉压为3kPa，时间2.2h，进行表面涂层处理，使得碳/碳复合材料平板上、下表面复有碳或碳化硅涂层。
即得到厚度为7mm的本发明的碳/碳复合材料平板。
实施例3
1）将细编碳纤维织物和短碳纤维网经交替叠层，并且上、下最后一层为细编碳纤维织物；
2）通过针刺的方式在所述细编碳纤维编织物和所述短碳纤维网之间设置连接加强线，得到表观密度为0.95g/cm3的碳纤维针刺整体毡；
3）将所述碳纤维针刺整体毡进行树脂浸渍，并在278℃固化，并保持加压；
4）将经树脂浸渍和固化的碳纤维针刺整体毡在2400℃，进行石墨化处理，保温时间为3.6h，并保持加压，得到密度为1.10 g/cm3的碳/碳复合材料平板预成型体；
5）将所述碳/碳复合材料平板预成型体放入化学气相沉积炉中升温到1580℃，通入丙烷为天然气，氢气为稀释气，控制炉压为28kPa，增密时间为55h，进行化学气相沉积增密，得到密度为1.55 g/cm3的碳/碳复合材料平板；
6）将步骤5加工得到的碳/碳复合材料平板在2400℃，进行石墨化处理，保温时间为0.6h；
7）将步骤6加工得到的碳/碳复合材料平板进行机械加工，并加工必要的椭圆形或长方形孔；
8）将步骤7加工得到的碳/碳复合材料平板放入化学气相沉积炉中，升温到1500℃，通入天然气，控制炉压为4kPa，时间0.6h，进行表面涂层处理，使得碳/碳复合材料平板上、下表面复有碳或碳化硅涂层。
即得到厚度为15mm的本发明的碳/碳复合材料平板。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。