一种碳纳米管/碳化硅复合纤维及其制备方法与流

本发明涉及碳化硅/碳纳米纤维材料，具体涉及一种碳纳米管/碳化硅复合纤维及其制备方法。背景技术：1、碳纳米管在微观条件下具有高导热、高导电和优异的力学性能，但要将其微观性能在宏观材料中完全释放出来还存在许多的问题，而碳化硅具有高强度，耐腐蚀性好等优异性能，但其导电导热性能差。2、目前已有方案为通过烧结法在碳纳米管纤维上包覆含有碳和硅的材料，主要用于在铝电解槽、微波烧结炉等某些特殊装备的保温隔热领域，或者通过涂覆的方式在碳纳米管纤维上涂覆碳化硅，产生的涂层纳米管可以用于生物设备和热管理等领域。但上述方法烧结法得到的碳化硅/碳纳米管纤维的力学性能较差，高温性能受限，涂覆法得到的碳化硅/碳纳米管纤维结合力较差，导电性能也较差，且碳纳米管纤维的厚度远远小于碳化硅的厚度，此时制备得到的碳化硅/碳纳米管纤维的导热性能较差，力学性能也较差，且在碳纳米管上沉积的碳化硅均匀性不够好，复合纤维的中间段易发生膨胀现象，致使得到的复合纤维材料不能同时具备较好的力学、电学及热学性能，不能用于各种复杂的微细电子环境，且即使可以用于微细电子环境耐持久性依然较差。3、因此，亟需提供一种能同时具备碳纳米管及碳化硅的优良性能的复合材料。技术实现思路1、本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种碳纳米管/碳化硅复合纤维及其制备方法。本发明通过在碳纳米管纤维的表面沉积碳化硅壳层，得到碳纳米管/碳化硅复合纤维，从而使所述碳纳米管/碳化硅复合纤维具有优异的力学、电学及热学性能。2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种制备碳纳米管/碳化硅复合纤维的方法，该方法包括在碳纳米管纤维的表面沉积碳化硅壳层，得到碳纳米管/碳化硅复合纤维；所述碳纳米管纤维的制备方法包括：（1）对碳纳米管纤维预制体进行加捻处理，得到加捻处理后的碳纳米管纤维；（2）对加捻处理后的碳纳米管纤维进行均一化处理，得到均一化的碳纳米管纤维；所述均一化处理的方式为对碳纳米管纤维进行过孔处理；（3）对均一化的碳纳米管纤维在长度方向上进行拉伸处理，得到碳纳米管纤维；所述加捻的条件包括：时间为60s-240s，加捻转速为120r/min-350r/min；所述拉伸处理的条件包括：拉伸力为5n-10n；所述碳纳米管纤维的半径与所述碳化硅壳层的厚度之比为2-30：1，所述碳化硅壳层的厚度为1µm-18µm，所述碳纳米管纤维的半径为15µm-80µm，所述碳纳米管/碳化硅复合纤维中，所述碳纳米管纤维的含量为50wt%-80wt%，所述碳化硅的含量为20wt%-50wt%。3、优选地，所述化学气相沉积过程中气流方向与碳纳米管纤维放置方向垂直。4、优选地，该方法还包括对沉积碳化硅壳层后的材料进行热处理；所述热处理的条件包括温度为1350℃-1800℃，时间为0.5h-5h。5、优选地，所述碳纳米管纤维的半径与碳化硅壳层的厚度之比为3-20：1。6、优选地，所述碳化硅壳层的厚度为3μm-12μm。7、优选地，所述碳纳米管纤维的半径为30μm-60μm。8、优选地，所述碳纳米管纤维的长度为50cm-80cm。9、本发明第二方面提供了一种由第一方面所述方法制备得到的碳纳米管/碳化硅复合纤维。10、优选地，所述碳纳米管/碳化硅复合纤维的拉伸强度为1500mpa-3000mpa，所述碳纳米管/碳化硅复合纤维的电导率为3500s/cm-6500s/cm，所述碳纳米管/碳化硅复合纤维的热导率为450w/mk-1000w/mk。11、在实验过程中发现在碳纳米管纤维上包覆壳层，有利于增加碳纳米管纤维的力学性能，还能阻止碳纳米管纤维与外部环境直接接触，防止氧化破坏其优异的导电及导热性能。12、在实验过程中发现在碳纳米管纤维上均匀包覆一层厚度较薄的碳化硅壳层，能够将碳化硅优异的抗腐蚀、力学性能与碳纳米管纤维的高导电导热性能相结合，得到一种新型高导热、高导电的碳纳米管纤维材料。13、本发明采用上述技术方案具有以下有益效果：14、（1）本发明提供的碳纳米管/碳化硅复合纤维具有优异的力学、电学及热学性能，抗腐蚀性能强、具有高导热性及高导电性。15、（2）本发明提供的碳纳米管/碳化硅复合纤维能够用于微细电子器件的制备，能够用于各种复杂的电子环境。16、在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本文中，在没有特别说明的情况下，数据范围均包括端点。技术特征：1.一种制备碳纳米管/碳化硅复合纤维的方法，其特征在于，该方法包括在碳纳米管纤维的表面沉积碳化硅壳层，得到碳纳米管/碳化硅复合纤维；2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，碳纳米管纤维的表面沉积碳化硅壳层的沉积方式包括化学气相沉积、电化学沉积和物理气相沉积中的至少一种。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，化学气相沉积的工艺参数包括沉积温度为900℃-1450℃，沉积压力为10kpa-40kpa，沉积时间为10min-60min。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述化学气相沉积过程中使用的气体包括碳硅气源和还原性气体，所述碳硅气源和还原性气体的流量比为1: 5-30。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述化学气相沉积过程中气流方向与碳纳米管纤维放置方向垂直。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括对沉积碳化硅壳层后的材料进行热处理；所述热处理的条件包括温度为1350℃-1800℃，时间为0.5h-5h。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳纳米管纤维的半径与碳化硅壳层的厚度之比为3-20：1。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述碳化硅壳层的厚度为3μm-12μm；和/或，9.一种碳纳米管/碳化硅复合纤维，其特征在于，所述碳纳米管/碳化硅复合纤维由权利要求1-8中任意一项所述方法制备得到。10.根据权利要求9所述的碳纳米管/碳化硅复合纤维，其特征在于，所述碳纳米管/碳化硅复合纤维的拉伸强度为1500mpa-3000mpa，所述碳纳米管/碳化硅复合纤维的电导率为3500s/cm-6500s/cm，所述碳纳米管/碳化硅复合纤维的热导率为450w/mk-1000w/mk。技术总结本发明涉及碳化硅/碳纳米纤维材料技术领域，提供了一种碳纳米管/碳化硅复合纤维及其制备方法，该方法包括：对碳纳米管纤维预制体进行加捻处理，得到加捻处理后的碳纳米管纤维；对加捻处理后的碳纳米管纤维进行均一化处理，得到均一化的碳纳米管纤维；对均一化的碳纳米管纤维在长度方向上进行拉伸处理，得到碳纳米管纤维；在碳纳米管纤维的表面沉积碳化硅壳层，得到碳纳米管/碳化硅复合纤维；所述加捻的条件包括：时间为60s‑240s，加捻转速为120r/min‑350r/min；所述拉伸处理的条件包括：拉伸力为5N‑10N。本发明所述的碳纳米管/碳化硅复合纤维具有优异的力学、电学及热学性能。技术研发人员：廖家豪,戴恒,柴攀,万强受保护的技术使用者：湖南德智新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20