一种碳碳器具及其制备方法与流程

本申请涉及碳纤维材料体，特别涉及一种碳碳器具及其制备方法。

背景技术：

1、碳碳器具通常采用碳碳复合材料制得，相较于石墨器具，具有强度高、寿命长等特点，在热场应用中具有良好表现。传统的碳碳器具生产方法通常采用网胎碳布层叠的方式针刺板材，浸胶，然后采用固定的热压模具压制定型，形成器具胚体，进而形成碳碳器具。该方法相对简单，可批量生产，但网胎碳布之间采用针刺方式连接，纵向结合强度较差，通过模具压制时，由于受力不均，容易导致开裂，并且生产周期较长，生产成本过高；对于埚托等圆形器具，往往需要裁切方形板材，造成原材料浪费；此外，针对较厚器具，如厚度达到30mm以上的埚托等，上述方法制得的器具内部密度过低，存在大量气孔，易被腐蚀，降低使用寿命。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述问题，本申请提供一种碳碳器具及其制备方法，能够有效提升原材料利用率，提升产品整体密度的均匀性，解决加工过程中的开裂问题，同时降低生产周期。具体技术方案如下：

2、一方面，本申请提供一种碳碳器具的制备方法，包括以下步骤：

3、s10：提供短切碳纤维；

4、s20：对所述短切碳纤维施加树脂溶液，干燥后得到硬化的碳纤维材料；

5、s30：将所述硬化的碳纤维材料磨碎，得到碳纤维材料颗粒；

6、s40：将所述碳纤维材料颗粒、酚醛树脂和固化剂混合，并对混合物造粒，得到碳纤维树脂颗粒；

7、s50：将所述碳纤维树脂颗粒加入器具模具，热压固化，成型为器具坯体；

8、s60：基于所述器具胚体形成石墨化的器具胚体，并将所述石墨化的器具胚体加工为碳碳器具。

9、一种可能的实施方式中，所述s10包括：将碳纤维角料短切至预设长度，然后除胶、分散后得到所述短切纤维；

10、所述短切纤维满足下述特征中的至少其一：

11、所述预设长度为0.5-3cm；

12、所述短切纤维的单束纤维直径为0.1-0.3mm。

13、一种可能的实施方式中，所述碳纤维材料颗粒的粒径为0.5-2mm。

14、一种可能的实施方式中，所述s40中采用的碳纤维材料颗粒由至少两种粒径范围的碳纤维材料颗粒混合而成。

15、一种可能的实施方式中，所述至少两种粒径范围包括下述粒径范围：0.5-1mm，1-1.5mm和1.5-2mm；

16、0.5-1mm，1-1.5mm和1.5-2mm的三种粒径范围的碳纤维材料颗粒的重量比为2～4:3～6:2～4。

17、一种可能的实施方式中，所述s50中的热压固化条件包括：

18、固化压力为10-30mpa；

19、固化温度为140-180℃。

20、一种可能的实施方式中，所述s50中的热压固化条件还包括：

21、在热压固化的过程中提供震动，震动频率为30-60hz。

22、一种可能的实施方式中，所述碳纤维材料颗粒、所述酚醛树脂和所述固化剂的重量比为6～8:1～3:0.5～2。

23、一种可能的实施方式中，所述s60包括：

24、s61：对所述器具胚体进行碳化、增密和石墨化处理，得到石墨化的器具胚体，碳化后的器具胚体的密度大于等于1.25g/cm3；

25、s62：将所述石墨化的器具胚体加工为成品尺寸，并进行表层致密化处理，得到所述碳碳器具。

26、另一方面，本申请提供一种碳碳器具，所述碳碳器具采用上述碳碳器具的制备方法制得。

27、另一方面，本申请提供一种上述的碳碳器具的应用，所述碳碳器具应用于热场环境中的容器或支撑件。

28、另一方面，本申请提供一种碳碳埚托，所述碳碳埚托采用上述的碳碳器具的制备方法制得。基于上述技术方案，本申请具有以下有益效果：

29、本申请的技术方案对短切碳纤维施加树脂溶液，干燥后得到硬化的碳纤维材料，采用短纤以在满足产品强度需求的同时扩大原材料获取范围，能够采用碳纤维角料生产，降低生产成本，并且对短纤进行硬化处理，能够避免纤维抱团问题，降低生产难度；然后，将所述硬化的碳纤维材料磨碎，得到碳纤维材料颗粒；将所述碳纤维材料颗粒、酚醛树脂和固化剂混合，并对混合物造粒，得到碳纤维树脂颗粒；进而将所述碳纤维树脂颗粒加入器具模具，热压固化，成型为器具坯体；基于所述器具胚体形成石墨化的器具胚体，并将所述石墨化的器具胚体加工为碳碳器具；如此，通过短纤颗粒与树脂混合造粒、压制，避免内部产生应力，同时提高产品的致密性和均一性，避免产品加工过程中的开裂问题，提升产品的力学性能和抗蚀性能，并且能够降低生产周期，提升原料利用率，进一步降低生产成本。

技术特征：

1.一种碳碳器具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s10包括:将碳纤维角料短切至预设长度，然后除胶、分散后得到所述短切纤维；

3.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，所述碳纤维材料颗粒的粒径为0.5-2mm。

4.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，所述s40中采用的碳纤维材料颗粒由至少两种粒径范围的碳纤维材料颗粒混合而成。

5.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，所述至少两种粒径范围包括下述粒径范围:0.5-1mm，1-1.5mm和1.5-2mm；

6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述s50中的热压固化条件包括:

7.根据权利要求6中所述的制备方法，其特征在于，所述s50中的热压固化条件还包括:

8.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，

9.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述s60包括:

10.一种碳碳器具，其特征在于，所述碳碳器具采用所述权利要求1-9中任一项所述的碳碳器具的制备方法制得。

技术总结
本申请涉及碳纤维材料体技术领域，特别涉及一种碳碳器具及其制备方法，包括:S10:提供短切碳纤维；S20:对短切碳纤维施加树脂溶液，干燥后得到硬化的碳纤维材料；S30:将硬化的碳纤维材料磨碎，得到碳纤维材料颗粒；S40:将碳纤维材料颗粒、酚醛树脂和固化剂混合，并对混合物造粒，得到碳纤维树脂颗粒；S50:将碳纤维树脂颗粒加入器具模具，热压固化，成型为器具坯体；S60:基于器具胚体形成石墨化的器具胚体，并将石墨化的器具胚体加工为碳碳器具。本申请能够避免胚体加工和使用开裂问题，提升器具密度均一性和致密性。

技术研发人员：李海波,甘晶晶,谭俊文
受保护的技术使用者：浙江德鸿碳纤维复合材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16