碳/碳复合材料的生产方法技术

本发明专利技术涉及一种利用低熔点金属／砂组成的单向真空系统制备酚醛树脂基碳／碳复合材料的方法，利用低熔点金属或合金金属和包装材料组成的隔绝外界系统，以产生压力差及单一方向扩散效应，将系统内部的气体与碳化过程中所产生的气体排出，使系统达到假真空状态，确保碳／碳复合材料在制备过程中不受氧的攻击，而具有缩短碳化时间，降低制备成本，提高产品碳化率，低污染，操作简便，设备低廉等特点。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别涉及一种利用低熔点金属/砂组成的单向真空系统制备酚醛树脂基的碳/碳复合材料。所谓碳/碳复合材料是指以碳纤维增强的含有大量碳元素的树脂基材(matrix)，再进行树脂基材的碳化处理，使被增强的树脂基材也变为碳材料，而得到耐高温和耐磨的高性能复合材料。目前制备碳/碳复合材料(Carbon/Carbon Composites)方法，根据使用的预碳化物(Precusor)材料的不同，有化学蒸馏法(Chemical Vapor Deposition；CVD)，低压热分解法(Low presure Pyrolysis)，热均压法(Hot-isostatic Press)，或这些方法的结合，其中制作碳/碳复合材料时，最主要的采用高温热分解法，将树脂中的非碳元素(如氧、氢、氮、硫等元素)排除，只残留碳元素并使之顺序排列成一定结构，因此在碳化过程中必须隔绝氧，避免高温下碳元素(C)与氧(O)反应结合成一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO2)等挥发出去，而无法达到碳化目的，因此目前都是通氮气(N2)或氩气(Ar)等惰性气体进入碳化系统，以隔绝空气进入碳化系统，并将碳化过程中的非碳元素排除，而不与碳元素产生反应。但此方法存在如下缺点，(1)碳化时间长，一般约一次需要60小时，所以生产速度极慢，制作成本高，产品昂贵；(2)氮气或氩气使用量大，成本高；(3)要达到隔绝空气进入碳化系统，则要有足够的密闭性，即需要高成本的真空设备。本专利技术的目的在于克服上述缺点，提供一种制备碳/碳复合材料的方法。本专利技术的方法为以低熔点金属/砂组成的单向真空系统，制备酚醛树脂基(即以酚醛树脂为预碳物)碳/碳复合材料，即在热处理盒内置入预定数量的包装材料(Packing material)，将被碳化物埋入该包装材料中，且在包装材料上放置低熔点金属或合金金属，并持续予以加热，使得该低熔点金属或合金金属熔融，并完全覆盖住包装材料表面，而产生压力差效应及单向扩散效应(one way disper--sion effect)，将系统内部的气体与碳化过程中所产生的气体排出，达到最佳效果的假真空状态(Pesudo-Vacuumstate)的碳化过程。本专利技术的方法中，碳化完全在假真空状态下进行，碳化可确保不受氧的攻击。本专利技术的方法中，使用的包装材料一般为砂，特别是硅砂或耐高温砂，利用包装材料间的孔隙可吸收碳化过程中挥发出的物质并可保温，使碳化时间缩短。本专利技术的方法中，采用间接加热方式，用一般热处理炉即可进行，不必使用真空系统，可大大降低成本费用，而且加热的温度分布均匀，不会产生过热现象，减少次品的生成率。此外，本专利技术方法中，包装材料可将碳化过程产生的微小粒子滤除，使排除的废气无公害。本专利技术方法中所使用的低熔点金属和包装用砂都可回收重复使用；减少了废弃物的产生并降低了成本。附图说明图1为本专利技术碳化前的包装示意图；图2为本专利技术开始加热至200℃的示意图；图3为本专利技术加热200℃至400℃的示意图；图4为本专利技术加热400℃至100℃的示意图；图5为本专利技术从100℃降至25℃的示意图；图中1为热处理盒；2为包装材料，一般为硅砂或其它耐高温砂；3为低熔点金属，4为被碳化物。下面结合附图详细说明本专利技术。本专利技术先在热处理盒1内置入预定数量的包装材料1，在该包装材料1内埋入被碳化物4，且在该包装材料上放置低熔点金属或合金金属3(图1)，然后持续对该盒(置入加热装置中)加热(图2)，此时系统内的气体及碳化过程中所产生的气体开始排出，当加热至200℃-400℃时该低熔点金属或合金金属开始熔融并完全覆盖住包装材料(图3)，以隔绝外界空气进入系统内，此时碳化反应可始进行，而温度持续上升，并产生一压力差效应及单向扩散效应(图4)，也就是在系统内的压力P1大于外界压力P0，使热空气上升，外界气体不能进入系统内，待碳化完成后再让温度回复至室温25℃(图5)，在冷却过程中外界气体同样无法进入系统内，而熔融的固体金属回复原来的固体状。综上所述，本专利技术利用低熔点金属和包装材料组成的隔绝外界系统，在碳化过程中产生一压力差效应及单一方向扩散效应，将系统内部的气体与碳化过程中所产生的气体排出，达到假真空状态，确保碳/碳复合材料在制备过程中，不受氧的攻击，且具有缩短碳化时间，降低制备成本，提高产品碳化率(100℃时，可达96.8％)，低污染，操作简便，设备低廉等待点。权利要求1.一种利用低熔点金属/砂组成的单向真空系统制备酚醛树脂基碳/碳复合材料的方法，包括在热处理盒内加入一定量的包装材料，在所述包装材料内埋入被碳化物，并在所述包装材料上放置低熔点金属或合金金属，再持续加热，使低熔点金属或合金完全熔融，并完全覆盖住包装材料，使整个系统形成一压力差效应及单向扩散效应，将系统内部的气体与碳化过程中所产生的气体排出，达到假真空状态，以避免氧的进攻。2.如权利要求1的方法，其中所述的包装材料为硅砂或其他耐高温砂。3.如权利要求1的方法，其中所述的压力差效应为系统内的压力大于外界压力。4.如权利要求1的方法，其中所述的低熔点金属的熔点介于200℃至400℃之间。全文摘要本专利技术涉及一种利用低熔点金属/砂组成的单向真空系统制备酚醛树脂基碳/碳复合材料的方法，利用低熔点金属或合金金属和包装材料组成的隔绝外界系统，以产生压力差及单一方向扩散效应，将系统内部的气体与碳化过程中所产生的气体排出，使系统达到假真空状态，确保碳/碳复合材料在制备过程中不受氧的攻击，而具有缩短碳化时间，降低制备成本，提高产品碳化率，低污染，操作简便，设备低廉等特点。文档编号C04B35/83GK1136541SQ9510442公开日1996年11月27日 申请日期1995年5月24日 优先权日1995年5月24日专利技术者邱长埙 申请人:邱长埙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用低熔点金属／砂组成的单向真空系统制备酚醛树脂基碳／碳复合材料的方法，包括在热处理盒内加入一定量的包装材料，在所述包装材料内埋入被碳化物，并在所述包装材料上放置低熔点金属或合金金属，再持续加热，使低熔点金属或合金完全熔融，并完全覆盖住包装材料，使整个系统形成一压力差效应及单向扩散效应，将系统内部的气体与碳化过程中所产生的气体排出，达到假真空状态，以避免氧的进攻。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱长埙，
申请(专利权)人：邱长埙，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]