)套好碳纖維預(yù)制體的加熱管與反應(yīng)釜組裝好后開始加熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在150°C，反應(yīng)時間控制在4h，填充比控制在0.5。
[0042](4):將步驟(3)反應(yīng)結(jié)束后的反應(yīng)釜打開，倒出反應(yīng)釜內(nèi)的液體，然后加入步驟(I)中的蔗糖溶液，填充比控制在0.5，然后加熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在150°C，反應(yīng)時間控制在4ho
[0043](5):重復步驟⑷四次，得到碳/碳復合材料；本實施例中重復步驟⑷四次，可使密度達到1.50g/cm3。
[0044]本實施例所得碳/碳復合材料密度為1.50g/cm3、抗彎強度為180MPa，楊氏模量為9.6GPa0
[0045]參照圖2所示，其是由本發(fā)明方法實施例2制備的碳/碳復合材料的掃描電鏡(SEM)照片。由圖2可以看出:C/C復合材料的纖維束內(nèi)的孔隙由碳基體填充，復合材料內(nèi)部沒有明顯的孔洞。
[0046]實施例3:
[0047](I):將淀粉在水中攪拌均勻，溶液中淀粉的濃度為300g/L ；
[0048](2):將密度為0.2g/cm3圓筒形針刺碳氈套在加熱管上；圓筒形針刺碳氈的外徑為反應(yīng)釜內(nèi)徑的2/3。
[0049](3):將步驟(I)得到的淀粉溶液加入反應(yīng)釜中，將步驟(2)套裝好碳纖維預(yù)制體的加熱管與反應(yīng)釜組裝好后開始加熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在180°C，反應(yīng)時間控制在6h，填充比控制在0.6。
[0050](4):將步驟(3)反應(yīng)結(jié)束后的反應(yīng)釜打開，倒出反應(yīng)釜內(nèi)的液體，然后加入步驟(I)中的淀粉溶液，填充比控制在0.6，然后加熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在160°C，反應(yīng)時間控制在6ho
[0051](5):重復步驟⑷五次，得到碳/碳復合材料；本實施例中重復步驟⑷五次，可使碳/碳復合材料密度達到1.60g/cm3。
[0052]本實施例所得碳/碳復合材料密度為1.60g/cm3、抗彎強度為190MPa，楊氏模量為10.2GPa0
[0053]實施例4:
[0054](I):將纖維素在水中攪拌均勻，得到懸浮液；其中每升水中加入100克的纖維素；
[0055](2):將密度為0.6g/cm3圓筒形碳纖維針刺氈套在加熱管上；圓筒形碳纖維針刺氈的外徑為反應(yīng)釜內(nèi)徑的1/3。
[0056](3):將步驟⑴得到的懸浮液加入反應(yīng)釜中，將步驟(2)中套裝好碳纖維預(yù)制體的加熱管與反應(yīng)釜組裝好后開始加熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在200°C，反應(yīng)時間控制在8h，填充比控制在0.6。
[0057](4):將步驟(3)反應(yīng)結(jié)束后的反應(yīng)釜打開，倒出反應(yīng)釜內(nèi)的液體，然后加入步驟(I)中的懸浮液，填充比控制在0.6，然后加熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在200°C，反應(yīng)時間控制在6ho
[0058](5):重復步驟⑷五次，得到碳/碳復合材料，本實施例中重復步驟⑷五次，密度可以達到1.70g/cm3。
[0059]本實施例所得碳/碳復合材料密度在1.70g/cm3、抗彎強度在200MPa，楊氏模量在10.5GPao
[0060]實施例5
[0061](I):將葡萄糖溶解在水中，得到懸浮液；其中每升水中加入300克的纖維素；
[0062](2):將密度為0.4g/cm3圓筒形碳布疊層套裝在加熱管上；圓筒形碳布疊層的外徑為反應(yīng)釜內(nèi)徑的1/3。
[0063](3):將步驟(I)得到的懸浮液加入到反應(yīng)釜中，將步驟(2)套裝好碳纖維預(yù)制體的加熱管與反應(yīng)釜組裝好后開始加熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在170°C，反應(yīng)時間控制在5h，填充比控制在0.4。
[0064](4):將步驟(3)反應(yīng)結(jié)束后的反應(yīng)釜打開，倒出反應(yīng)釜內(nèi)的液體，然后加入步驟
(I)中的懸浮液，填充比控制在0.4，然后加熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在170°C，反應(yīng)時間控制在5h。
[0065](5):重復步驟(4)三次，得到碳/碳復合材料。
[0066]本發(fā)明提供一種碳/碳復合材料的熱梯度水熱碳化的制備方法。該方法以碳水化合物生物質(zhì)作為碳源，通過水熱碳化技術(shù)在碳纖維預(yù)制體內(nèi)沉積碳，利用構(gòu)造的熱梯度水熱環(huán)境使得碳沿熱梯度方向沉積致密化，可以有效的避免水熱碳化沉積過程中的表面結(jié)殼現(xiàn)象，能大幅度的提高水熱碳化沉積的速率，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明得到的碳/碳復合材料是一種以生物質(zhì)碳為基體的碳纖維增強復合材料，密度低在1.3?1.7g/cm3，抗彎強度在150MPa?200MPa，楊氏模量在9.0?10.5GPa，復合材料表面富含大量的羥基和羰基，具有良好的生物活性。本發(fā)明提供碳/碳復合材料的制備方法具有環(huán)境友好無污染、致密化周期短、反應(yīng)溫度低，操作簡單、重復性好等優(yōu)點。所制備的碳/碳復合材料可作為高溫結(jié)構(gòu)材料、摩擦磨損材料和生物醫(yī)療材料得到應(yīng)用，具有廣闊的前景。
[0067]本發(fā)明制備碳/碳復合材料的方法至少具有以下優(yōu)點:本發(fā)明提供一種綠色環(huán)保、高效可行、低成本的碳/碳復合材料制備方法，該方法是以生物質(zhì)為原材料，利用熱梯度水熱碳化技術(shù)來實現(xiàn)碳/碳復合材料的致密化。熱梯度水熱碳化技術(shù)制備碳/碳復合材料具有以下的特點:
[0068]其一，以生物質(zhì)碳源作為碳源，由于生物質(zhì)碳源可再生，來源廣，制備成本低，綠色環(huán)保；其二，水熱碳化的沉積方式，制備溫度低，副產(chǎn)物為有機碳材料，易回收處理，綠色環(huán)保；其三，水熱碳化過程中利用生物質(zhì)水解、縮聚、芳構(gòu)化、碳材料形核等過程所需的溫度上的差異，在熱梯度的作用下，使得生物質(zhì)在低溫的溶液體系中水解、縮聚、芳構(gòu)化，而在高溫的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)碳材料的形核和長大，實現(xiàn)碳/碳復合材料在熱梯度方向上實現(xiàn)逐層沉積，可以有效的避免復合材料致密化過程中的表面結(jié)殼問題，從而大幅度的提高致密化效率，適合于工業(yè)化生產(chǎn)，特別適用于厚壁筒狀碳/碳復合材料的制備。本發(fā)明的制備方法具有環(huán)境友好無污染、致密化周期短、反應(yīng)溫度低，操作簡單、重復性好等優(yōu)點。
【主權(quán)項】
1.一種碳/碳復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將生物質(zhì)碳源溶于水或分散于水中，配制碳源水溶液或懸浮液； (2)將碳源水溶液或懸浮液加入到反應(yīng)釜中，再將套裝有碳纖維預(yù)制體的加熱管放入反應(yīng)釜中，然后加熱進行水熱碳化反應(yīng)，反應(yīng)的溫度為120°C?200°C，反應(yīng)的時間為4?8h ； (3)將反應(yīng)釜內(nèi)的液體倒出，向反應(yīng)釜內(nèi)加入步驟(I)配制的碳源水溶液或懸浮液，然后加熱進行水熱碳化反應(yīng)，反應(yīng)的溫度為120°C?200°C，反應(yīng)的時間為4?8h ; (4)重復步驟(3)3?5次，得到碳/碳復合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳/碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述生物質(zhì)碳源為水溶性的糖類化合物或纖維素。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種碳/碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述水溶性的糖類化合物為葡萄糖、蔗糖或淀粉。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的一種碳/碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述碳源水溶液的濃度為100?300g/L ;懸浮液是通過向每升水中加入100?300克的纖維素制得。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳/碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述碳纖維預(yù)制體為碳氈、碳纖維針刺氈或碳布疊層。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種碳/碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述碳纖維預(yù)制體的密度為0.2g?0.6g/cm3，且碳纖維預(yù)制體為圓筒狀。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳/碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)和步驟(3)中反應(yīng)釜的填充比均為0.4?0.6。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制得的C/C復合材料，其特征在于，該C/C復合材料密度為.1.3?1.7g/cm3，抗彎強度為150MPa?200MPa，楊氏模量為9.0?10.5GPa。
【專利摘要】一種碳/碳復合材料及其制備方法，將生物質(zhì)碳源溶于水或分散于水中，配制碳源水溶液或懸浮液；將碳源水溶液或懸浮液加入到反應(yīng)釜中，再將套裝有碳纖維預(yù)制體的加熱管放入反應(yīng)釜中，然后加熱進行水熱碳化反應(yīng)；將反應(yīng)釜內(nèi)的液體倒出，向反應(yīng)釜內(nèi)加入碳源水溶液或懸浮液，然后加熱進行水熱碳化反應(yīng)，得到碳/碳復合材料。本發(fā)明提供了一種熱梯度水熱制備碳/碳復合材料的新方法，在繼承了水熱碳化原料可再生，合成溫度低，綠色環(huán)保的基礎(chǔ)上，結(jié)合了熱梯度沉積技術(shù)致密化效率高的特點。
【IPC分類】C04B35/83
【公開號】CN104945001
【申請?zhí)枴緾N201510374745
【發(fā)明人】歐陽海波, 李翠艷, 黃劍鋒, 費杰, 曹麗云, 孔新剛, 許占位
【申請人】陜西科技大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月30日