一种碳纤维增强碳-碳化硅梯度复合材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维增强碳‑碳化硅梯度复合材料、其制备方法及应用，所述碳纤维增强碳‑碳化硅梯度复合材料的制备方法包括如下步骤：(1)碳纤维预制体的铺层结构分区设计与编织；(2)碳纤维预制体的高温热处理；(3)多孔碳/碳坯体制备；(4)多孔碳/碳坯体的高温热处理；(5)对孔碳/碳坯体进行包埋式熔融渗Si，制得碳纤维增强碳‑碳化硅梯度复合材料。该梯度复合材料由碳/碳复合材料承载层、碳/碳‑碳化硅过渡层和碳/碳‑碳化硅功能层组成，该材料结构采取功能分区设计、制备方法简单、力学/摩擦综合性能优良、热稳定性及环境适用性强，适用于制作汽车制动盘或片、高速列车闸瓦、磁悬浮列车滑橇等。

A carbon fiber reinforced carbon-silicon carbide gradient composite, its preparation method and Application

The invention discloses a carbon fiber reinforced carbon-silicon carbide gradient composite material, its preparation method and application. The preparation method of the carbon fiber reinforced carbon-silicon carbide gradient composite material includes the following steps: (1) laying structure partition design and braiding of carbon fiber preform; (2) high temperature heat treatment of carbon fiber preform; (3) preparation of porous carbon/carbon preform; (4) porous carbon/carbon preform. High temperature heat treatment; (5) Carbon fiber reinforced carbon-silicon carbide gradient composites were prepared by embedded melt infiltration of Si into porous carbon/carbon green bodies. The gradient composite material is composed of carbon/carbon composite bearing layer, carbon/carbon silicon carbide transition layer and carbon/carbon silicon carbide functional layer. The material structure adopts functional zoning design, simple preparation method, excellent mechanical/friction comprehensive performance, thermal stability and environmental applicability. It is suitable for making automobile brake discs or discs, high-speed train brake shoes, magnetic suspension train skis and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强碳-碳化硅梯度复合材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及摩擦材料
，尤其涉及一种碳纤维增强碳-碳化硅梯度复合材料、其制备方法及应用。
技术介绍
材料在现代科学技术中扮演着非常重要的角色，是现代社会赖以生存和发展的基本条件之一，而复合材料是指采用具有不同性质的两种或多种材料，经过复合工艺制备成的一种新型的多相材料。复合材料根据基体的不同通常分为：树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。其中，陶瓷基复合材料是当今复合材料领域的研究热点之一。碳纤维增强碳-碳化硅双基体复合材料(C/C-SiC)是碳纤维增强C和SiC陶瓷双元基体复合材料，具有密度低、耐磨损、制动平稳、抗氧化、耐高温、耐腐蚀、环境适用性强及使用寿命长等诸多优点，且克服了炭/炭刹车材料吸湿性大、湿态摩擦系数低、静摩擦系数低和适应性差的不足，是新一代高性能摩擦材料，在飞机刹车系统、高速列车刹车系统、磁悬浮列车刹车系统、汽车制动系统、工程机械制动系统等领域均具有良好的应用前景。C/C-SiC复合材料的制备工艺主要有3种：化学气相渗透(CVI)工艺、前驱体浸渍热解(PIP)工艺和熔融渗硅(LSI)工艺。相比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维增强碳‑碳化硅梯度复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)碳纤维预制体的铺层结构分区设计与编织成形；(2)对步骤(1)得到的碳纤维预制体进行高温热处理；(3)利用化学气相沉积法在步骤(2)得到的碳纤维预制体的内部引入热解碳基体，得到多孔碳/碳坯体；(4)对步骤(3)得到的多孔碳/碳坯体进行高温热处理；(5)对步骤(4)得到的多孔碳/碳坯体进行熔融渗Si，制得所述碳纤维增强碳‑碳化硅梯度复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强碳-碳化硅梯度复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)碳纤维预制体的铺层结构分区设计与编织成形；(2)对步骤(1)得到的碳纤维预制体进行高温热处理；(3)利用化学气相沉积法在步骤(2)得到的碳纤维预制体的内部引入热解碳基体，得到多孔碳/碳坯体；(4)对步骤(3)得到的多孔碳/碳坯体进行高温热处理；(5)对步骤(4)得到的多孔碳/碳坯体进行熔融渗Si，制得所述碳纤维增强碳-碳化硅梯度复合材料。2.如权利要求1所述的碳纤维增强碳-碳化硅梯度复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)得到的碳纤维预制体为铺层与针刺结合的结构，且设有承载层、过渡层和功能层；优选地，所述碳纤维预制体的针刺密度为30～40针/cm2；优选地，所述承载层以炭布为铺层结构单元，采用连续针刺方式制得；优选地，所述承载层的炭布按照0°/45°/90°的方式铺层；优选地，所述承载层的纤维体积含量为45％～55％，表观体积密度为0.8～1.0g/cm3；优选地，所述过渡层以炭布和短纤维网胎为铺层结构单元，采用连续针刺方式制得；优选地，所述过渡层的炭布按照0°/45°/90°的方式铺层，相邻炭布层之间引入短纤维网胎层；优选地，所述炭布与短纤维网胎的质量比为(80～90):(20～10)；优选地，所述过渡层的表观体积密度为0.7～0.9g/cm3；优选地，所述功能层以无纬布和短纤维网胎为铺层结构单元，采用连续针刺方式制得；优选地，所述功能层的无纬布按照0°/45°/90°的方式铺层，相邻无纬布层之间引入短纤维网胎层；优选地，所述无纬布与短纤维网胎的质量比为(70～90):(30～10)；优选地，所述功能层的表观体积密度为0.4～0.6g/cm3。3.如权利要求2所述的碳纤维增强碳-碳化硅梯度复合材料的制备方法，其特征在于，所述炭布为平纹布、缎纹布和展宽布中的至少一种。4.如权利要求2所述的碳纤维增强碳-碳化硅梯度复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维预制体设有两层功能层、两层过渡层及一层承载层，其排列方式为：功能层/过渡层/承载层/过渡层/功能层。5.如权利要求2所述的碳纤维增强碳-碳化硅梯度复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维预制体设有一层功能层、一层过渡层及一层承载层，其排列方式为：承载层/过渡层/功能层。6.如权利要求4或5所述的碳纤维增强碳-碳化硅梯度复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维预制体的厚度为24～40mm；优选地，所述承载层的厚度为8～12mm；优选地，所述过渡层的厚度为2～4mm；优选地，所述功能层的厚度为6～10mm。7.如权利要求1所述的碳纤维增强碳-碳化硅梯度复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的高温热处理为在惰性气体保护气氛下进行；优选地，所述惰...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊翔，王雅雷，陈招科，孙威，曾毅，吕东泽，
申请(专利权)人：广州晶石碳纤新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44