專利名稱：一種碳基復(fù)合材料及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳基復(fù)合材料及其生產(chǎn)方法，特別是涉及一種具有高強(qiáng)度、高密度的碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料及其生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
纖維碳基復(fù)合材料目前在汽車、公共設(shè)施、工業(yè)泵制造等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，尤其是在機(jī)械密封領(lǐng)域，但國內(nèi)市場生產(chǎn)的碳基密封材料的脆性和硬度不足，直接影響了機(jī)械密封件的使用壽命，同境外先進(jìn)國家相比有很大的差距，國內(nèi)制造高檔汽車的廠家都不用國產(chǎn)機(jī)械密封件，全部進(jìn)口，國產(chǎn)機(jī)械密封件更難在國際市場上占一席之地。國內(nèi)生產(chǎn)碳基密封材料的工藝比較落后，首先將碳石墨粉做成棒狀或塊狀，在窯爐內(nèi)慢慢焙燒，焙燒時間約30天左右，然后把焙燒好的棒狀或塊狀坯料經(jīng)過時效后再加工成所要求的產(chǎn)品形狀，之后放在浸漬爐里浸漬。這種浸漬方法殘?zhí)柯瘦^低，為使被浸漬產(chǎn)品的性能達(dá)到技術(shù)要求，只能長時間重復(fù)這種操作程序，慢慢地將浸漬填充物一點點滲透進(jìn)去。一般情況下，從碳石墨粉做成合格的碳基產(chǎn)品，約3個月時間，所用時間非常長。在制造過程中，需要將坯料二次加工，加工過程產(chǎn)生大量的石墨粉塵，不但浪費大量的石墨粉原材料，同時還對環(huán)境造成污染，對作業(yè)人員的身體健康帶來潛在危害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高強(qiáng)度、高密度碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料和生產(chǎn)時間短、成本低、無污染的碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝。本發(fā)明碳基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝包括以下步驟a.原材料為占總質(zhì)量為5-10%基體材料、10-15%增強(qiáng)體、50-65%添加劑和 20-25%浸漬填充物；b.將基體材料、增強(qiáng)體和添加劑攪拌混合得到混合料；c.將混合料用模壓制成產(chǎn)品形狀得到模壓產(chǎn)品，將模壓產(chǎn)品和浸漬填充物層層相疊平鋪在燒結(jié)爐內(nèi)；d.升高燒結(jié)爐內(nèi)溫度至浸漬填充物完全熔化，繼續(xù)升溫至浸漬填充物轉(zhuǎn)化成碳蒸汽時，保持溫度不變，向燒結(jié)爐內(nèi)加壓，保持燒結(jié)爐內(nèi)溫度、壓強(qiáng)不變至碳蒸汽完全充分填充到產(chǎn)品的缺陷空隙中；e.繼續(xù)升溫至比浸漬填充物石墨化溫度高200°C -300°c，在燒結(jié)爐內(nèi)壓力保持不變的情況下自然冷卻到室溫。本發(fā)明碳基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其中所述基體材料為石墨，增強(qiáng)體為碳纖維，浸漬填充物為煤浙青。本發(fā)明碳基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其中所述添加劑為煤焦微粉、炭黑、甲醇、烏洛托品和硬脂酸鋅，占原材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為30-35%、5-10%、8-9%、3-5%和4_6%。本發(fā)明碳基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其中所述c步驟中將混合料用模壓制成模壓產(chǎn)品，是在加熱的條件下進(jìn)行的，目的是使混合料軟化便于成型，溫度高于常溫低于45°C。本發(fā)明碳基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其中所述d步驟中保持燒結(jié)爐內(nèi)溫度為200°C， 壓強(qiáng)不小于7MPa。本發(fā)明碳基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其中所述d步驟中燒結(jié)爐內(nèi)保持溫度、壓強(qiáng)不變的時間為2-3小時。

本發(fā)明碳基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其中所述d步驟中向燒結(jié)爐內(nèi)加壓的方法為通入氮氣。本發(fā)明碳基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其中所述浸漬填充物為煤浙青，形狀為粉末狀。本發(fā)明碳基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，其中所述e步驟中繼續(xù)升溫至1000°C-1100°C。本發(fā)明碳基復(fù)合材料，通過包括下述步驟的方法制得a.原材料為占總質(zhì)量為5-10%基體材料、10-15%增強(qiáng)體、50-65%添加劑和 20-25%浸漬填充物；b.將基體材料、增強(qiáng)體和添加劑攪拌混合得到混合料；c.將混合料用模壓制成產(chǎn)品形狀得到模壓產(chǎn)品，將模壓產(chǎn)品和浸漬填充物層層相疊平鋪在燒結(jié)爐內(nèi)；d.升高燒結(jié)爐內(nèi)溫度至浸漬填充物完全熔化，繼續(xù)升溫至浸漬填充物轉(zhuǎn)化成碳蒸汽時，保持溫度不變，向燒結(jié)爐內(nèi)加壓，保持燒結(jié)爐內(nèi)溫度、壓強(qiáng)不變至碳蒸汽完全充分填充到產(chǎn)品的缺陷空隙中；e.繼續(xù)升溫至比浸漬填充物石墨化溫度高200°C -300°C，在燒結(jié)爐內(nèi)壓力保持不變的情況下自然冷卻到室溫。將得到的產(chǎn)品再放入人工時效爐內(nèi)，保持溫度200°C、壓力為常壓的狀態(tài)下6小時，之后用超聲波清洗機(jī)清洗，檢驗合格后得到。本發(fā)明的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本發(fā)明采用粉末混合料直接用模具壓制成型，在高溫高壓的環(huán)境中碳纖維和石墨一次性復(fù)合成制品，且在高溫高壓環(huán)境中進(jìn)行浸漬填充，既阻止了浸漬溶液的反滲，又實現(xiàn)了一次性浸漬就得到達(dá)到物理性能要求的復(fù)合材料。該工藝降低了產(chǎn)品成本，節(jié)約大量原材料，杜絕環(huán)境污染和對人體的潛在危害， 可在小于傳統(tǒng)工藝幾十倍時間內(nèi)完成全部作業(yè)程序，大大提高了生產(chǎn)效率。


圖1為本發(fā)明碳基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝的各個步驟方框流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合本發(fā)明具體的生產(chǎn)工藝，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。實施例1，將基體材料石墨8. 0g，增強(qiáng)材料碳纖維14g，添加劑煤焦微粉33g、碳黑7. 0g、甲醇8. 5g、烏洛托品4. Og和硬脂酸鋅4. 7g，用粉末混合機(jī)攪拌混合均勻得到混合料，混合料用300噸油壓機(jī)和模具在加熱的條件下壓制成產(chǎn)品所要求的形狀，加熱溫度為 300C，得到模壓產(chǎn)品。將模壓產(chǎn)品和加工成粉狀的煤浙青22g層層相疊平鋪在燒結(jié)爐內(nèi)，升高燒結(jié)爐內(nèi)溫度使煤浙青完全熔化，此時溫度約為150°C，繼續(xù)升溫至200°C煤浙青轉(zhuǎn)化成蒸汽時，保持溫度不變，由高壓氮氣站向燒結(jié)爐內(nèi)通入氮氣加壓至7MPa，保持燒結(jié)爐內(nèi)溫度200°C、壓強(qiáng)7MPa不變3小時，讓煤浙青蒸汽更充分填充到產(chǎn)品的缺陷空隙中。煤浙青的石墨化溫度約為800°C，繼續(xù)升溫至1100°C，在燒結(jié)爐內(nèi)壓力保持不小于7MPa的狀況下自然冷卻到室溫。把產(chǎn)品放入人工時效爐內(nèi)，爐內(nèi)溫度為200°C、壓強(qiáng)為常壓，放置6小時后用超聲波清洗機(jī)清洗，檢驗合格后得到初級產(chǎn)品。實施例2，將基體材料石墨5. Og,增強(qiáng)材料碳纖維10g，添加劑煤焦微粉35g、碳黑10g、甲醇9. 0g、烏洛托品5. Og和硬脂酸鋅6. 0g，用粉末混合機(jī)攪拌混合均勻得到混合料，混合料用300噸油壓機(jī)和模具在加熱的條件下壓制成產(chǎn)品所要求的形狀，加熱溫度為 350C，得到模壓產(chǎn)品。將模壓產(chǎn)品和加工成粉狀的煤浙青20g層層相疊平鋪在燒結(jié)爐內(nèi)，升高燒結(jié)爐內(nèi)溫度使煤浙青完全熔化，此時溫度約為150°C，繼續(xù)升溫至200°C煤浙青轉(zhuǎn)化成蒸汽時，保持溫度不變，由高壓氮氣站向燒結(jié)爐內(nèi)通入氮氣加壓至7MPa，保持燒結(jié)爐內(nèi)溫度 200°C、壓強(qiáng)7MPa不變2. 5小時，讓煤浙青蒸汽更充分填充到產(chǎn)品的缺陷空隙中。煤浙青的石墨化溫度約為800°C，繼續(xù)升溫至1000°C，在燒結(jié)爐內(nèi)壓力保持不小于7MPa的狀況下自然冷卻到室溫。把產(chǎn)品放入人工時效爐內(nèi)，爐內(nèi)溫度為200°C、壓強(qiáng)為常壓，放置6小時后用超聲波清洗機(jī)清洗，檢驗合格后得到初級產(chǎn)品。實施例3，將基體材料石墨10g，增強(qiáng)材料碳纖維15g，添加劑煤焦微粉30g、碳黑 5. 0g、甲醇8. 0g、烏洛托品3. Og和硬脂酸鋅4. 0g，用粉末混合機(jī)攪拌混合均勻得到混合料，混合料用300噸油壓機(jī)和模具在加熱的條件下壓制成產(chǎn)品所要求的形狀，加熱溫度為 400C，得到模壓產(chǎn)品。將模壓產(chǎn)品和加工成粉狀的煤浙青25g層層相疊平鋪在燒結(jié)爐內(nèi)，升高燒結(jié)爐內(nèi)溫度使煤浙青完全熔化，此時溫度約為150°C，繼續(xù)升溫至200°C煤浙青轉(zhuǎn)化成蒸汽時，保持溫度不變，由高壓氮氣站向燒結(jié)爐內(nèi)通入氮氣加壓至7MPa，保持燒結(jié)爐內(nèi)溫度 200°C、壓強(qiáng)7MPa不變3小時，讓煤浙青蒸汽更充分填充到產(chǎn)品的缺陷空隙中。煤浙青的石墨化溫度約為800°C，繼續(xù)升溫至1100°C，在燒結(jié)爐內(nèi)壓力保持不小于7MPa的狀況下自然冷卻到室溫。把產(chǎn)品放入人工時效爐內(nèi)，爐內(nèi)溫度為200°C、壓強(qiáng)為常壓，放置6小時后用超聲波清洗機(jī)清洗，檢驗合格后得到初級產(chǎn)品。在常溫、常壓下分別測量上述實施例得到的產(chǎn)品的肖氏硬度、體積密度、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和氣孔率。經(jīng)上述方法得到的碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高密度、氣孔率低等特點，其物理性能如下表實施例產(chǎn)品與傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品物理性能對照表
權(quán)利要求
1.一種碳基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝，其特征在于按照下述步驟實施a.原材料為占總質(zhì)量為5-10%基體材料、10-15%增強(qiáng)體、50-65%添加劑和20-25% 浸漬填充物；b.將基體材料、增強(qiáng)體和添加劑攪拌混合得到混合料；c.將混合料用模壓制成產(chǎn)品形狀得到模壓產(chǎn)品，將模壓產(chǎn)品和浸漬填充物層層相疊平鋪在燒結(jié)爐內(nèi)；d.升高燒結(jié)爐內(nèi)溫度至浸漬填充物完全熔化，繼續(xù)升溫至浸漬填充物轉(zhuǎn)化成碳蒸汽時，保持溫度不變，向燒結(jié)爐內(nèi)加壓，保持燒結(jié)爐內(nèi)溫度、壓強(qiáng)不變至碳蒸汽完全充分填充到產(chǎn)品的缺陷空隙中；e.繼續(xù)升溫至比浸漬填充物石墨化溫度高200°C-300°C，在燒結(jié)爐內(nèi)壓力保持不變的情況下自然冷卻到室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述基體材料為石墨。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述增強(qiáng)體為碳纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述添加劑為煤焦微粉、碳黑、甲醇、烏洛托品和硬脂酸鋅，在原材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為煤焦微粉30-35%， 碳黑5-10%，甲醇8-9%，烏洛托品3-5%，硬脂酸鋅4-6%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的碳基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述d步驟中保持燒結(jié)爐內(nèi)的溫度為200°C，壓強(qiáng)不小于7MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的碳基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述d步驟中燒結(jié)爐內(nèi)保持溫度、壓強(qiáng)不變的時間為2-3小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述d步驟中向燒結(jié)爐內(nèi)加壓的方法為通入氮氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述浸漬填充物為煤浙青。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的碳基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述浸漬填充物為粉末狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的碳基復(fù)合材料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述e步驟中繼續(xù)升溫至 IOOO0C -IlOO0Co
11.一種碳基復(fù)合材料，其特征在于由權(quán)利要求1-10所述的生產(chǎn)工藝制得。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于密封材料的碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料及其生產(chǎn)工藝。包括將按一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比得到的混合料直接用模具壓制成產(chǎn)品形狀，升高溫度至浸漬填充物轉(zhuǎn)化成碳蒸汽時，向燒結(jié)爐內(nèi)加壓至壓強(qiáng)不小于7MPa，保持此溫度、壓強(qiáng)不變2-3小時，讓煤瀝青蒸汽更充分填充到產(chǎn)品的缺陷空隙中。繼續(xù)升溫至1000-1100℃，保持燒結(jié)爐內(nèi)壓力不小于7MPa的狀況下自然冷卻到室溫。用這種生產(chǎn)工藝得到的碳基復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高密度、氣孔率低等特點，符合密封材料高物理性能的要求。
文檔編號C04B35/83GK102180696SQ201110054349
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者任建光, 陳妙妙 申請人:寧波方力密封件有限公司