【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石墨改性，尤其涉及c-tac(碳-碳化钽)嵌套型复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、石墨是最常见的热场材料，具有优异的耐高温性能、抗热震性和耐热性能。而人造石墨成型工艺中，石墨内部难以避免的存在大量微孔隙，高温下则是剧烈氧化反应的活化点，将大量降低石墨的使用寿命和性能。因此石墨制品的抗氧化改善是极其必要的，传统改性方法包括：基体改性法，表面涂层法，溶液浸渍法。其中溶液浸渍法通过浸渍石墨制品，再经热处理，浸渍剂转变成抗氧化物质，而酸盐类浸渍剂的耐高温性有限。表面涂层法可在石墨表面构建氧阻挡层、玻璃态密封层、粘结层，各层相互协调以达到最有效的整体抗氧化性。然而，由于石墨材料的热膨胀系数低，在1000℃-3000℃的反复升降温过程下，硅基陶瓷涂层、氧化物陶瓷层、碳基陶瓷涂层的热膨胀系数和熔点都无法良好的和石墨匹配。
技术实现思路
1、本专利技术第一方面提供了一种c-tac嵌套型复合材料的制备方法，包括以下步骤：提供固体颗粒、分散剂和溶剂，将所述固体颗粒混合均匀，加入所述分散剂和溶剂，超声混合均匀，得到c-tac悬浮液；
2、通过反应烧结法对所述c-tac悬浮液处理，得到c-tac嵌套型复合材料；
3、所述固体颗粒包括tac粉、碳粉、金属烧结剂，所述tac粉、碳粉、金属烧结剂的重量比为(3-10)：(1-6)：(0.3-3)。
4、所述c-tac悬浮液的组分包括：固体颗粒5％-30％、分散剂2％-20％、溶剂60％-90％。
6、优选的，c-tac悬浮液，按重量百分比计，组分包括：固体颗粒10％-25％、分散剂2％-10％、溶剂补足余量。
7、进一步优选的，c-tac悬浮液，按重量百分比计，组分包括：固体颗粒15％-25％、分散剂2％-5％、溶剂补足余量。
8、优选的，所述tac粉、碳粉、金属烧结剂的重量比为(4-8)：(1-6)：(0.5-1.5)。
9、进一步优选的，所述tac粉、碳粉、金属烧结剂的重量比为6：(1-6)：1。
10、所述tac粉的平均粒径为0.5μm-20μm，碳粉的平均粒径为10nm-80nm，金属烧结剂的平均粒径为20nm-100nm。
11、优选的，所述tac粉的平均粒径为0.5μm-10μm，碳粉的平均粒径为10nm-60nm，金属烧结剂的平均粒径为20nm-60nm。
12、进一步优选的，所述tac粉的平均粒径为1μm-10μm，碳粉的平均粒径为10nm-40nm，金属烧结剂的平均粒径为30nm-60nm。
13、作为示例，tac粉的平均粒径可以为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
14、作为示例，碳粉的平均粒径可以为10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm或40nm。
15、作为示例，金属烧结剂的平均粒径可以为30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm或60nm。
16、所述金属烧结剂选自fe、cr、mn、mo、v、w、ni和cu中的至少一种。
17、所述溶剂包括乙醇、异丙醇、正丁醇、甲氧基丙醇、乙氧基丙醇和二丙酮醇中的至少一种。
18、所述分散剂包括聚乙烯醇缩丁醛、氢化丁腈橡胶和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种。
19、本申请人研究发现，制备得到一种悬浮液，其中固体颗粒包括tac粉、碳粉、金属烧结剂，且限定tac粉、碳粉、金属烧结剂的重量比为(3-10)：(1-6)：(0.3-3)，可用于制备得到c-tac嵌套型复合材料，使得结晶性石墨和tac多晶、两者相互嵌套，进而有效提高致密性以及降低基底的热膨胀系数差异，tac组分致密的填补了石墨孔隙，材料表面和截面均无裂纹和孔洞，使得各组分结合非常紧密。tac具有极高的热化学稳定性，与石墨可以良好的化学相容性和力学相容性，在石墨中加入tac组分或者制备tac涂层能有效地增强其抗氧化、抗腐蚀、耐磨及力学性能。tac在高温烧蚀下的产物为ta2o5熔体，对氧化产生的颗粒间隙和裂纹具有填充和封堵作用，可以应用于航空航天超高温热端部件和第三代半导体单晶生长等领域。但是若只制备单一的tac涂层，极易因涂层不够致密和与基底的热膨胀系数差异，而导致抗氧化层失效。因此，采用c-tac嵌套型复合材料的设计理念，将在一定程度上克服这一问题，提高材料在极端环境下的可靠性和耐久性。
20、所述包括以下步骤：将tac粉、碳粉、金属烧结剂混合均匀，加入分散剂和溶剂，超声混合均匀。
21、所述超声的具体方法包括：每隔5s-20s，超声5s-20s，超声150次-300次。
22、优选的，所述超声的具体方法包括：每隔5s-15s，超声5s-15s，超声160次-300次。
23、进一步优选的，所述超声的具体方法包括：每隔7s-15s，超声7s-15s，超声160次-250次。
24、所述悬浮液的制备包括以下步骤：将tac粉、碳粉、金属烧结剂混合均匀，加入分散剂和溶剂，超声混合均匀。
25、所述超声的具体方法包括：每隔5s-20s，超声5s-20s，超声150次-300次。
26、优选的，所述超声的具体方法包括：每隔5s-15s，超声5s-15s，超声160次-300次。
27、进一步优选的，所述超声的具体方法包括：每隔7s-15s，超声7s-15s，超声160次-250次。
28、通过反应烧结法对c-tac悬浮液处理，制备c-tac嵌套型复合材料，所述反应烧结法包括干法成型和湿法成型。
29、所述干法成型，具体包括以下步骤：
30、将所述的悬浮液，静置后去除上层清液，形成固含量60wt％-70wt％的悬浮液，将所述悬浮液干燥后制备混合粉体；
31、将所述混合粉体进行冷压，压制成片状胚体；
32、将所述片状胚体进行烧结。
33、优选的，包括以下步骤：
34、s1，将所述的悬浮液，静置后去除上层清液，形成固含量60wt％-70wt％的悬浮液，将所述悬浮液干燥后制备混合粉体；
35、s2，将所述混合粉体进行冷压，压制成片状胚体；
36、s3，将所述片状胚体进行烧结。
37、所述干燥采用逐步升温的方法，所述方法依次包括：30℃-70℃干燥2h-5h，70℃-90℃干燥1h-3h，90℃-120℃干燥0.5h-2h。
38、优选的，所述逐步升温的方法依次包括：40℃-70℃干燥3h-5h，75℃-90℃干燥1h-2h，90℃-110℃干燥0.5h-1.5h。
39、进一步优选的，所述逐步升温的方法依次包括：40℃-60℃干燥3h-4h，75℃-85℃干燥1.5本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种C-TaC嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的C-TaC嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，所述TaC粉的平均粒径为0.5μm-20μm，碳粉的平均粒径为10nm-80nm，金属烧结剂的平均粒径为20nm-100nm。
3.根据权利要求1所述的C-TaC嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述C-TaC悬浮液中组分含量：固体颗粒5％-30％、分散剂2％-20％、溶剂60％-90％。
4.根据权利要求1所述C-TaC嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，所述超声的具体方法包括：每隔5s-20s，超声5s-20s，超声150次-300次。
5.根据权利要求4所述C-TaC嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，所述反应烧结法包括干法成型和湿法成型。
6.根据权利要求5所述C-TaC嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，所述干法成型包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述C-TaC嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，所述干燥采用逐步升温的方法，所述
8.根据权利要求6所述C-TaC嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，所述烧结的升温程序包括：先以2℃/min-10℃/min的升温速率加热至1700℃-2200℃，保温5min-25min，再以1℃/min-6℃/min的升温速率加热至2300℃-2700℃，保温40min-100min，自然降温。
9.根据权利要求5所述C-TaC嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，所述湿法成型包括以下步骤：
10.一种由权利要求1-9所述的制备方法得到的C-TaC嵌套型复合材料，其特征在于，所述C-TaC嵌套型复合材料在100℃-600℃、350℃-450℃以及1000℃-1100℃的平均线热膨胀系数均处于5.1E-6·K-1-6.2E-6·K-1。
...【技术特征摘要】
1.一种c-tac嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的c-tac嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，所述tac粉的平均粒径为0.5μm-20μm，碳粉的平均粒径为10nm-80nm，金属烧结剂的平均粒径为20nm-100nm。
3.根据权利要求1所述的c-tac嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述c-tac悬浮液中组分含量：固体颗粒5％-30％、分散剂2％-20％、溶剂60％-90％。
4.根据权利要求1所述c-tac嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，所述超声的具体方法包括：每隔5s-20s，超声5s-20s，超声150次-300次。
5.根据权利要求4所述c-tac嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，所述反应烧结法包括干法成型和湿法成型。
6.根据权利要求5所述c-tac嵌套型复合材料的制备方法，其特征在于，所述干法成型包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述c-tac嵌套型复合材...
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