1.一种高强度高导热石墨陶瓷复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)混合粉末制备:石墨粉末、硅粉、热固性酚醛树脂粉末经球磨混合制得;(2)层单元微热压成型:将混合粉末铺平以后,利用电磁压头将加热后的粉末在选定区域进行快速抨击,通过控制压头下降距离来控制石墨陶瓷复合材料的密度,通过调节压头抨击速度100~150次/min,进行层层叠加,获得石墨陶瓷复合材料层单元;(3)层间排气网络构造:通过高压静电熔融3D打印机在层单元上打印排气网络,经固化、碳化后得到石墨陶瓷复合材料预制体;(4)浸渍酚醛树脂溶液:将石墨陶瓷复合材料预制体浸渍到酚醛树脂溶液中、干燥后快速碳化得到浸渍酚醛树脂的石墨陶瓷复合材料预制体;(5)浸渍硅溶胶溶液:将步骤(4)的预制体浸渍到硅溶胶溶液中、干燥后快速碳化得到进行浸渍硅溶胶的石墨陶瓷复合材料预制体;(6)熔融渗硅:将浸渍硅溶胶的石墨陶瓷复合材料预制体与硅粉混合后,进行高温熔融渗硅,得到高强度高导热石墨陶瓷复合材料。
2.根据权利要求1所述的高强度高导热石墨陶瓷复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中的混合粉末中石墨粉末为150~700目,含碳量大于98%,质量分数为40~70wt.%;硅粉200~900目,化学纯度为99%,质量分数为20~40 wt.%;热固性酚醛树脂粉末为150~800目,质量分数为20~35 wt.%。
3.根据权利要求1所述的高强度高导热石墨陶瓷复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中层单元微热压工艺参数为:成形压力5~100 MPa、保压时间10~60 min、层单元厚度0.5~5 mm,加热温度80~140℃。
4.根据权利要求1所述的高强度高导热石墨陶瓷复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中的层间排气网络的结构为太阳环结构、蜘蛛网结构或井字形结构,材料为聚乳酸PLA或聚ε-己内酯PCL,其直径为0.01~10 μm,高压静电熔融3D打印机的工艺参数为:接收平台温度5℃~20℃,打印速度10~60 mm/s,可施加高压电1~10kV,喷头温度20℃~200℃,升温速度≤5 min。
5.根据权利要求1所述的高强度高导热石墨陶瓷复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)在层单元上构造完排气网络之后,重复进行层单元微热压成型,将层单元与排气网络交替制备,制备得到石墨陶瓷复合材料素坯;所述固化温度140℃~220℃,压力为5~80 MPa;所述快速碳化过程如下:抽真空至100 Pa及以下,以升温速率120~180℃/h升温至300℃;以升温速率60~120℃/h升温至700℃,并在300℃~350℃时充入纯度为99%的氩气或氮气,且在380℃~400℃时保温0.5~1 h;最后以130~160℃/h升温至800℃,保温1~3 h,随炉冷却到室温,取出,获得石墨陶瓷复合材料预制体。
6.根据权利要求1所述的高强度高导热石墨陶瓷复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中浸渍酚醛树脂溶液的工艺中,酚醛树脂溶液的浓度为20~40 wt.%,浸渍工艺参数组合如下:先抽真空度至100 Pa及以下,在0.1~0.5 MPa压力作用下将酚醛树脂溶液浸渍到石墨陶瓷复合材料预制体中,随后在低于100℃热风干燥箱中烘干;快速碳化过程同步骤(3)。
7.根据权利要求1所述的高强度高导热石墨陶瓷复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(5)中浸渍硅溶胶溶液的工艺中:先抽真空度至100 Pa及以下,在0.1~0.5 MPa压力作用下将硅溶胶溶液浸渍到石墨陶瓷复合材料预制体中,随后在低于100℃热风干燥箱中烘干;快速碳化过程同步骤(3)。
8.根据权利要求1所述的高强度高导热石墨陶瓷复合材料的制备方法,其特征在于,重复步骤(4)及步骤(5)的浸渍工艺后,再进行快速碳化,重复此过程2~4次,获得石墨陶瓷复合材料预制体。
9.根据权利要求1所述的高强度高导热石墨陶瓷复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(5)中熔融渗硅是将200~900目,化学纯度为99%的高纯硅粉置于石墨坩埚中,然后将石墨陶瓷复合材料预制体也置入坩埚中,抽真空至100Pa以下,先以120~180℃/h升温至300℃,再以60~120℃/h升温至700℃,并在300~350℃时充入纯度为99%的氩气或氮气;最后以100~160℃/h升温至1500-1600℃,保温1~3 h,取出,获得高强度高导热石墨陶瓷复合材料。
10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的高强度高导热石墨陶瓷复合材料,其特征在于,制备得到的石墨陶瓷复合材料由石墨粉末、碳化硅增强网络和玻璃炭组成,其中石墨粉末体积占比为40~70%,碳化硅增强网络体积占比为20~40%,玻璃炭体积占比为5~10%,碳化硅增强网络与玻璃炭将石墨粉末连接在一起。