一种C/C-SiC-CuSnTi复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种C/C

【技术实现步骤摘要】
一种C/C
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SiC
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CuSnTi复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于碳纤维复合材料制备
，特别地，涉及一种C/C
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SiC
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CuSnTi复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳纤维
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铜复合材料有效将碳纤维材料和铜材料的优点相结合，具有较高的强度、热传导性、耐磨性、耐蚀性、耐烧蚀性能，从而可应用于滑动材料、热防护材料、摩擦材料领域。但是由于碳纤维
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铜复合材料在制备过程中，碳纤维与铜不润湿，铜和碳纤维界面结合弱，复合材料中存在一定孔隙，导致力学性能和导热性能均未能有效提高。
[0003]专利CN102659443B公开了一种城市轨道车辆用炭陶制动闸瓦及其制造方法，其在C/C多孔体的基础上熔渗硅粉、铜粉、钛粉，制得了C/C
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SiC
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Cu摩擦材料。然而，由于熔渗粉中的硅粉和钛粉会和C/C多孔体发生反应生成SiC和TiC，其难免会对碳纤维造成损伤，导致其力学性能下降。
[0004]专利CN110983208A公开了一种C/C
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SiC
‑
Cu复合材料及其制备方法和应用，其在C/C多孔体基础上沉积一层SiC，并通过压力熔渗的方法将Cu材质压入多孔体孔隙中，制得C/C
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SiC
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Cu复合材料。但由于SiC和Cu润湿性极差，压力熔渗法对熔渗设备要求高，制备难度和成本均较高，且由于SiC和Cu润湿性极差，SiC和Cu界面结合力差，残留孔隙难以浸渗完全，制备得到的材料孔隙率高，导致导热能力不高，且力学性能有所降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种C/C
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SiC
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CuSnTi复合材料，以解决现有技术的复合材料力学性能、导热性能、摩擦性能不够好的技术问题。
[0006]根据本专利技术的另一个方面，提供一种C/C
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SiC
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CuSnTi复合材料的制备方法。
[0007]本专利技术之C/C
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SiC
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CuSnTi复合材料，主要由碳纤维预制体、基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金制成；在碳纤维预制体上依次沉积基体碳、基体碳化硅,并熔渗铜锡钛合金；所述碳纤维预制体为多孔材料。
[0008]进一步，基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金依次附着于碳纤维预制体的孔隙壁上。
[0009]进一步，铜锡钛合金通过真空熔渗的方法渗入C/C
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SiC多孔体的孔隙中，铜锡钛合金中的钛元素与孔隙壁沉积的基体碳化硅发生化学反应生成碳化钛和钛硅化合物的混合物，将铜锡钛合金与基体碳化硅紧密连接起来；碳纤维预制体外层由基体碳包裹，基体碳外层为基体碳化硅层，基体碳化硅外层为碳化钛和钛硅化合物的混合物层，碳化钛和钛硅化合物的混合物外层为铜锡钛合金。
[0010]本专利技术熔渗过程对碳纤维和基体碳层无破坏，碳纤维几乎是零损伤。基体碳化硅层在熔渗过程中会与铜锡钛合金中的钛发生化学反应，使得基体碳化硅层与铜锡钛合金润湿性很好，因此铜锡钛合金浸渗彻底，制备的复合材料孔隙率低。
[0011]本专利技术所制备的C/C
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SiC
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CuSnTi复合材料，碳纤维预制体和基体碳统称为碳基
材，碳基材所占体积分数为60％
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80％，基体碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物所占体积分数为5％
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30％，铜锡钛合金所占体积分数为5％
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30％，残余孔隙所占体积分数为3％
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8％。碳基材中，碳纤维预制体占碳基材的体积分数为40％
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80％(优选50％
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60％)，基体碳占碳基材体积分数为20％
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60％(优选40％
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50％)。基体碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物中，基体碳化硅所占体积分数为20％
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60％(优选30％
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50％)，碳化钛所占体积分数为20％
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60％(优选25％
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35％)，钛硅化合物所占体积分数为20％
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60％(优选25％
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35％)。C/C
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SiC
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CuSnTi复合材料的铜锡钛合金中，铜元素质量占比为60％
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80％(优选70％
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75％)，锡元素质量占比为5％
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30％(优选15％
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25％)，钛元素质量占比为0.05％
‑
30％(优选5％
‑
10％)。
[0012]本专利技术之C/C
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SiC
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CuSnTi复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)制备碳纤维预制体
[0014]按照0
°
无纬布
‑
网胎
‑
90
°
无纬布
‑
网胎的顺序依次循环铺层，将网胎中的纤维垂直刺入相邻的无纬布中，将无纬布和网胎结合在一起，形成针刺碳纤维预制体。
[0015]进一步，步骤(1)中，针刺碳纤维预制体密度为0.45
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0.65g/cm3。
[0016]控制预制体的密度主要是控制碳纤维在复合材料中的含量，碳纤维主要是增强相，在一定范围内增加碳纤维含量有助于提高力学性能。预制体的密度越大，碳纤维的含量越高。若碳纤维含量太低，碳纤维增强的效果就会差一些，力学性能相对也差一些。若碳纤维含量太高，复合材料的孔隙就会小，不利于后期熔渗金属进去。
[0017]进一步，步骤(1)中，采用倒钩针刺的方法将网胎中的纤维垂直刺入相邻的无纬布中。
[0018](2)制备C/C多孔体
[0019]将步骤(1)所得针刺碳纤维预制体放入待沉积环境〔优选化学气相渗透(CVI)沉积炉〕中，通入碳源气体和载气，采用化学气相渗透工艺沉碳增密，得到C/C多孔体。
[0020]进一步，步骤(2)中，所得C/C多孔体密度为0.65
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1.60g/cm3，优选1.0
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1.4g/cm3。控制多孔体的密度主要是控制孔隙大小，如果密度过高，会导致孔隙过小，金属不能熔渗进去或金属熔渗填充不完全。如果孔隙过大会影响力学性能。
[0021]进一步，步骤(2)中，所采用碳源气体为烃类气体，如甲烷、丙烷、丙烯、天然气中的至少一种。
[0022]进一步，步骤(2)中，所采用载气优选为H2。
[0023]进一步，步骤(2)中，碳源气体与载气的体积比为1:1
‑
3，优选为1:2。
[0024](3)高温处理...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种C/C
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SiC
‑
CuSnTi复合材料，其特征在于，主要由碳纤维预制体、基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金制成；在碳纤维预制体上依次沉积基体碳、基体碳化硅,并熔渗铜锡钛合金；所述碳纤维预制体为多孔材料。2.根据权利要求1所述的C/C
‑
SiC
‑
CuSnTi复合材料，其特征在于，基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金依次附着于碳纤维预制体的孔隙壁上。3.根据权利要求1或2所述的C/C
‑
SiC
‑
CuSnTi复合材料，其特征在于，铜锡钛合金通过真空熔渗的方法渗入C/C
‑
SiC多孔体的孔隙中，铜锡钛合金中的钛元素与孔隙壁沉积的基体碳化硅发生化学反应生成碳化钛和钛硅化合物的混合物，将铜锡钛合金与基体碳化硅紧密连接起来；碳纤维预制体外层由基体碳包裹，基体碳外层为基体碳化硅层，基体碳化硅外层为碳化钛和钛硅化合物的混合物层，碳化钛和钛硅化合物的混合物外层为铜锡钛合金。4.根据权利要求3所述的C/C
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SiC
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CuSnTi复合材料，其特征在于，所述C/C
‑
SiC
‑
CuSnTi复合材料，碳纤维预制体和基体碳统称为碳基材，碳基材所占体积分数为60％
‑
80％，基体碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物所占体积分数为5％
‑
30％，铜锡钛合金所占体积分数为5％
‑
30％，残余孔隙所占体积分数为3％
‑
8％；碳基材中，碳纤维预制体占碳基材的体积分数为40％
‑
80％，基体碳占碳基材体积分数为20％
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60％；基体碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物中，基体碳化硅所占体积分数为20％
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60％，碳化钛所占体积分数为20％
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60％，钛硅化合物所占体积分数为20％
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60％；铜锡钛合金中，铜元素质量占比为60％
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80％，锡元素质量占比为5％
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30％，钛元素质量占比为0.05％
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30％。5.制备如权利要求1～4之一所述的C/C
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SiC
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CuSnTi复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备碳纤维预制体按照0
°
无纬布
‑
网胎
‑
90
°
无纬布
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网胎的顺序依次循环铺层，将网胎中的纤维垂直刺入相邻的无纬布中，将无纬布和网胎结合在一起，形成针刺碳纤维预制体；(2)制备C/C多孔体将步骤(1)所得针刺碳纤维预制体放入待沉积环境中，通入碳源气体和载气，采用化学气相渗透工艺沉碳增密，得到C/C多孔体；(3)高温处理将步骤(2)所得C/C多孔体进行石墨化处理，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙宪海，周峰，汪莉，何家琪，匡湘铭，王成华，黄日升，杨敏，
申请(专利权)人：中京吉泰北京科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：