[发明专利]石墨烯/碳纳米管界面的纤维增强陶瓷基复合材料及制备方法

摘要

本发明涉及一种石墨烯/碳纳米管界面的纤维增强陶瓷基复合材料及制备方法，其结构为碳纤维的外部包覆碳纳米管，碳纳米管的外部包覆石墨烯，最外层为SiC基体。碳纳米管、石墨烯和SiC基体通过调控溶液浓度和沉积时间来调控沉积量，通过改变沉积顺序和沉积次数来设计“碳纳米管/石墨烯”界面层的顺序和层数。引入的碳纳米管和石墨烯分散性好，质量分数在大范围内可调，界面可设计。能设计出强弱合理的界面相，充分发挥纤维增强体的作用；而且CNT和层状石墨烯可以对复合材料二次增韧。可以充分发挥纤维、CNT和石墨烯拔出和桥接的作用和使裂纹偏转的作用，有效提高复合材料的力学性能。本发明方法制备界面层时间短，效率高，且可调控设计。

主权项

1.一种制备石墨烯/碳纳米管界面的纤维增强陶瓷基复合材料的方法，所述的石墨烯/碳纳米管界面的纤维增强陶瓷基复合材料结构包括碳纤维、碳纳米管、石墨烯和SiC基体；其中碳纤维的外部包覆碳纳米管，碳纳米管的外部包覆石墨烯，最外层为SiC基体；或者碳纤维的外部为相互间隔的碳纳米管与石墨烯的多层结构，最外层为SiC基体；其特征在于步骤如下：步骤1：将1质量分数的碳纳米管分散到1000～4000质量分数的去离子水溶液中，加入0.2质量分数的曲拉通，配置浓度为0.25mg/ml～1mg/ml的CNT悬浮液；步骤2：将步骤1中的CNT悬浮液用超声波材料乳化分散器超声分散20～30min，得到均匀分散的CNT水溶液；将1质量分数的氧化石墨烯分散到1000～2000质量分数的去离子水溶液中，用超声波清洗器分散5h，配置为0.5～1mg/ml的氧化石墨烯水溶液；步骤3：利用电泳沉积的方法将碳纤维在制得的CNT水溶液中电泳沉积得到表面具有CNT的碳纤维，沉积时间为15～30min；步骤4：利用电还原的方法将步骤3得到的表面具有CNT的碳纤维在制得的氧化石墨烯水溶液中沉积石墨烯，得到表面沉积有CNT和石墨烯的碳纤维，沉积时间为10～30分钟；或重复步骤3～步骤4，得到相互间隔的CNT和石墨烯结构；步骤5：采用CVI工艺在步骤4处理后的碳纤维上沉积SiC基体，工艺条件如下：三氯甲基硅烷为前驱体，氩气为稀释气体，流量300～400ml/min，氢气为载气，流量200～350ml/min，氢气和三氯甲基硅烷的摩尔比为10:1，沉积温度为1000～1100℃，沉积时间120～960h得到碳纳米管/石墨烯界面的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料。