高弹性、高密封性的多孔碳块体材料及其制备方法技术

本申请提供一种高弹性、高密封性的多孔碳块体材料及其制备方法。具体地，本申请提供了一种多孔碳块体材料，其中，所述多孔碳块体材料的孔径范围为3

【技术实现步骤摘要】
高弹性、高密封性的多孔碳块体材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及碳材料制备
，具体而言，涉及一种多孔碳块体材料及制备所述多孔碳块体材料的方法。

技术介绍

[0002]无机非金属材料通常是脆性的，其在室温下仅能展现出极小的弹性变形(通常小于1％)。当超过其弹性极限时，材料中的微裂纹将迅速扩展，导致材料的瞬间破坏。极差的变形能力严重地限制了无机非金属材料的应用范围。在现代材料设计中，设计与制造高强度、高弹性、低密度的高性能无机非金属材料是一个长期的目标和挑战。
[0003]由于碳具有形成sp、sp2、sp3杂化键的灵活性，因此可能成为具有优异综合性能的材料，例如低密度、高强度、高硬度、高弹性和可调的电子性能。通常来，可以通过构造多孔结构来获得低密度和高弹性的碳材料。例如，近期发展的碳基多孔材料，兼具了低密度和优异的弹性变形能力的优点。但是这些已知多孔材料的气孔是开放的，不具有气密性，且压缩强度一般不超过1MPa，限制了其应用范围。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术难题，本专利技术提供一种兼具高强度、高弹性、高密封性和低密度的碳材料，且本专利技术的碳材料能适应各种复杂环境。
[0005]一方面，本专利技术提供一种多孔碳块体材料，其中，
[0006]所述多孔碳块体材料的孔径范围为3
‑
100nm；
[0007]所述多孔碳块体材料的孔隙率为50
‑
87％；且
[0008]所述多孔碳块体材料中的孔为闭孔。
[0009]本专利技术的多孔碳块体材料例如可以使用无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒作为初始原料，通过放电等离子烧结或者热压方法合成。
[0010]在本专利技术多孔碳块体材料的一个实施方案中，所述多孔碳块体材料的孔径范围为3
‑
100nm(例如为4
‑
100nm或5
‑
100nm)；优选地，所述多孔碳块体材料的孔径范围为5
‑
70nm或5
‑
50nm；更优选地，所述多孔碳块体材料的孔径范围为5
‑
40nm或5
‑
30nm。
[0011]在本专利技术多孔碳块体材料的一个实施方案中，所述多孔碳块体材料的的孔隙率为50
‑
87％；优选地，所述多孔碳块体材料的的孔隙率56
‑
82％；更优选地，所述多孔碳块体材料的的孔隙率60
‑
80％。
[0012]在本专利技术多孔碳块体材料的一个优选实施方案中，所述无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒晶粒尺寸为5
‑
400nm；优选地，所述无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒晶粒尺寸优选为5
‑
350nm；更优选地，所述无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒晶粒尺寸为5
‑
300nm。
[0013]在本专利技术多孔碳块体材料的一个优选实施方案中，所述多孔碳块体材料的压缩应变≥5％；更优选地，所述多孔碳块体材料的压缩应变≥6％；最优选地，所述多孔碳块体材料的压缩应变≥7％。此外，在本专利技术多孔碳块体材料的一个优选实施方案中，所述多孔碳
块体材料的压缩应变在应力撤除后归零。
[0014]在本专利技术多孔碳块体材料的一个优选实施方案中，所述多孔碳块体材料压缩强度＞100MPa，更优选地，所述多孔碳块体材料压缩强度＞150MPa。
[0015]在本专利技术多孔碳块体材料的一个优选实施方案中，所述多孔碳块体材料的氦气泄露率≤10
×
10
‑5Pa
·
m3/s；更优选地，所述多孔碳块体材料的氦气泄露率≤4
×
10
‑5Pa
·
m3/s；最优选地，所述多孔碳块体材料的氦气泄露率≤2
×
10
‑5Pa
·
m3/s。
[0016]在本专利技术多孔碳块体材料的一个优选实施方案中，所述多孔碳块体材料的密度为0.3
‑
1.1g/cm3；更优选地，所述多孔碳块体材料的密度为0.4
‑
1.0g/cm3；最优选地，所述多孔碳块体材料的密度为0.5
‑
0.9g/cm3。
[0017]在本专利技术多孔碳块体材料的实施方案中，所述多孔材料以无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒为初始原料，通过放电等离子烧结或者热压方法合成。优选地，所述多孔材料的初始原料仅为无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒。在本文中，无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒为本领域已知的材料。在本专利技术多孔碳块体材料的一个优选实施方案中，无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒的晶粒尺寸为5
‑
400nm，优选为5
‑
350nm，更优选为5
‑
300nm。
[0018]另一方面，本专利技术提供一种本专利技术第一方面的多孔碳块体材料的制备方法，包括：
[0019]A)以无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒作为前驱体粉末；
[0020]B)将步骤A)的前驱体粉末装入模具中，预压成型得到预压坯体；
[0021]C)将步骤B)得到的预压坯体放入烧结模具，然后将装有预压坯体的烧结模具一起放入烧结设备中，施加烧结压力，而后升温至烧结温度，保温，进行烧结，其中，
[0022]烧结压力为5
‑
100MPa，
[0023]烧结温度为1000
‑
2000℃；
[0024]D)取出模具，脱模，获得多孔碳块体材料。
[0025]在本专利技术方法的实施方案中，所用原料可为无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒。优选地，所用原料仅为无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒。在本文中，无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒为本领域已知的材料。在本专利技术方法的一个优选实施方案中，步骤A)的无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒的晶粒尺寸为5
‑
400nm，优选为5
‑
350nm，更优选为5
‑
300nm。
[0026]在本专利技术方法的一个优选实施方案中，步骤B)中预压成型为双向施加压力，所施加压力为1
‑
20MPa，优选为2
‑
15MPa，更优选为2
‑
10MPa，最优选为2
‑
5MPa。
[0027]在本专利技术方法的一个同样优选的实施方案中，步骤B)中预压成型的保压时间为1
‑
20min，优选为1
‑
15min，更优选为1
‑
10min，最优选为1
‑
5min。
[0028]在本专利技术方法的一个优选实施方案中，步骤C)中烧结压力为5
‑
100MPa，优选为5
‑
80MPa，更优选为10
‑
70MPa，
[0029]在本专利技术方法的一个优选实施方案中，步骤C)中烧结温度为1000
‑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔碳块体材料，其中，所述多孔碳块体材料的孔径范围为3
‑
100nm，优选为5
‑
50nm，更优选为5
‑
30nm；所述多孔碳块体材料的孔隙率为50
‑
87％，优选为56
‑
82％，更优选为60
‑
80％；且所述多孔碳块体材料中的孔为闭孔。2.根据权利要求1所述的多孔碳块体材料，其中，所述多孔碳块体材料的压缩应变≥5％，优选地压缩应变≥6％，更优选地压缩应变≥7％；和/或，所述多孔碳块体材料压缩强度＞100MPa，优选＞150MPa。3.根据权利要求1
‑
2任一项所述的多孔碳块体材料，其中，所述多孔碳块体材料的氦气泄露率≤10
×
10
‑5Pa
·
m3/s；更优选地，所述多孔碳块体材料的氦气泄露率≤4
×
10
‑5Pa
·
m3/s；最优选地，所述多孔碳块体材料的氦气泄露率≤2
×
10
‑5Pa
·
m3/s。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的多孔碳块体材料，其中，所述多孔碳块体材料的密度为0.3
‑
1.1g/cm3，优选为0.4
‑
1.0g/cm3，更优选为0.5
‑
0.9g/cm3。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述多孔碳块体材料的制备方法，包括：A)以无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒作为前驱体粉末，优选地，所述无定形碳包覆的金刚石纳米颗粒的晶粒尺寸为5
‑
400nm，优选为5
‑
350nm，更优选为5
‑
300nm；B)将步骤A)的前驱体粉末装入模具中，预压成型得到预压坯体；C)将步骤B)得到的预压坯体放入烧结模具，然后将装有预压坯体的烧结模具一起放入烧结设备中，施加烧结压力，而后升温至烧结温度，保温，进行烧结，所述烧结优选放电等离子烧结或热压烧结，其中，烧结压力为5
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵智胜，武英举，梁子太，张洋，王小雨，诸葛泽文，何巨龙，于栋利，徐波，田永君，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：