碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法、其制得的碳/碳化硅复合陶瓷、应用和刹车盘技术

本发明专利技术公开了一种碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法、其制得的碳/碳化硅复合陶瓷、应用和刹车盘，涉及复合陶瓷制备技术领域。该碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(a)将混合后的包覆碳层的碳纤维与碳化硅、硅及粘结剂温压成型，制得碳/碳化硅生坯；所述包覆碳层的碳纤维是碳纤维表面包覆高分子聚合物后进行碳化处理得到；(b)将碳/碳化硅生坯进行热处理和熔融渗硅烧结后，得到碳/碳化硅复合陶瓷；所述热处理的温度为700‑900℃。该制备方法工艺操作简单，劳动强度小，生产效率高，适于工业化生产。通过本发明专利技术制备方法制备得到的碳/碳化硅复合陶瓷具有强度高、韧性大和摩擦磨损性能良好等优点。

Preparation, application and brake disc of carbon/silicon carbide composite ceramics

The invention discloses a preparation method of carbon/silicon carbide composite ceramics, a carbon/silicon carbide composite ceramics prepared by the method, an application and a brake disc, and relates to the technical field of composite ceramics preparation. The preparation method of the carbon/silicon carbide composite ceramics includes the following steps: (a) warm compaction of carbon fibers coated with carbon layer after mixing with silicon carbide, silicon and binder to produce carbon/silicon carbide green compacts; the carbon fibers coated with carbon fibers are obtained by carbonization after coating polymer on the surface of carbon fibers; (b) heat treatment of carbon/silicon carbide green compacts and sintering by melting and infiltrating silicon. The carbon/silicon carbide composite ceramics are obtained, and the heat treatment temperature is 700 900 C. The preparation method has the advantages of simple operation, low labor intensity and high production efficiency, and is suitable for industrial production. The carbon/silicon carbide composite ceramics prepared by the preparation method of the invention have the advantages of high strength, high toughness and good friction and wear properties.

【技术实现步骤摘要】
碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法、其制得的碳/碳化硅复合陶瓷、应用和刹车盘
本专利技术涉及复合陶瓷制备
，具体而言，涉及一种碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法、其制得的碳/碳化硅复合陶瓷、应用和刹车盘。
技术介绍
目前国内外常见的汽车刹车材料的种类主要有半金属、低金属、复合陶瓷以及钢制等。半金属的刹车材料的耐热性和抗衰老性较差，使用寿命较短；低金属的刹车材料的摩擦系数低、不耐磨和制备成本高；钢制的刹车材料的重量大，耐热效果差，使用寿命短。碳/碳化硅复合陶瓷刹车材料与上述常见的刹车材料制成的刹车盘产品相比，重量减轻约50％，可耐1000℃高温、耐腐蚀、耐氧化、不落灰和刹车无噪音，被认为是最有发展前景的新一代摩擦材料。目前碳/碳化硅复合陶瓷的制备工艺主要有热压烧结法、先驱体转化法、化学气相浸渗法和反应熔融浸渗法。热压烧结法设备复杂、生产效率低和成本高；先驱体转化法易出现裂纹，产率低，制备周期长；化学气相浸渗法的生产周期长，成本高，残留气孔多，使制备得到的碳/碳化硅复合陶瓷的力学性能和抗氧化性能差；反应熔融浸渗法的制备周期短、成本低，是最具潜力的制备方法，但这种方法会产生过多的游离硅，破坏碳纤维的结构，使碳/碳化硅复合陶瓷的性能变差。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法，该制备方法工艺操作简单，劳动强度小，生产效率高，适于工业化生产。通过本专利技术制备方法制备得到的碳/碳化硅复合陶瓷具有强度高、韧性大和摩擦磨损性能良好等优点。本专利技术的第二目的在于提供一种碳/碳化硅复合陶瓷，采用上述碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法制备得到，具有强度高、韧性大和摩擦磨损性能良好等优点。本专利技术的第三目的在于提供碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法制备得到的碳/碳化硅复合陶瓷在刹车材料中的应用。本专利技术的第四目的提供了一种刹车盘，采用碳/碳化硅复合陶瓷制备得到，该碳/碳化硅复合陶瓷是本专利技术提供的碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法制备得到的，该刹车盘具有与上述碳/碳化硅复合陶瓷相同的优点。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(a)将混合后的包覆碳层的碳纤维与碳化硅、硅及粘结剂温压成型，制得碳/碳化硅生坯；所述包覆碳层的碳纤维是碳纤维表面包覆高分子聚合物后进行碳化处理得到；(b)将碳/碳化硅生坯进行热处理和熔融渗硅烧结后，得到碳/碳化硅复合陶瓷；所述热处理的温度为700-900℃。进一步，在本专利技术提供的技术方案的基础上，步骤(a)中包覆碳层的碳纤维是将碳纤维浸渍于高分子聚合物溶液中15-30min，取出后在温度700-900℃和惰性气体保护下进行碳化处理2-5h得到；优选地，步骤(a)中温压成型的工艺条件包括：压力为5-20MPa，温度为100-200℃，时间为30-60min。进一步，在本专利技术提供的技术方案的基础上，步骤(b)中热处理的步骤包括：将碳/碳化硅生坯在温度700-900℃和惰性气体保护下进行热处理，得到热处理后的碳/碳化硅生坯；优选地，热处理的时间为2-5h。进一步，在本专利技术提供的技术方案的基础上，步骤(b)中熔融渗硅烧结的步骤包括：将热处理后的碳/碳化硅生坯的上表面和下表面铺金属硅，在温度1600-1800℃下进行熔融渗硅烧结，得到碳/碳化硅复合陶瓷；优选地，所述熔融渗硅烧结的时间为1-3h，优选为1.5-2h；优选地，所述金属硅与碳/碳化硅生坯的质量比为0.5-1.0，优选为0.7-0.9。进一步，在本专利技术提供的技术方案的基础上，包覆碳层的碳纤维与碳化硅、硅及粘结剂的重量比为(20-30):(40-60):(5-10):(20-40)；优选地，所述碳化硅的粒度为1-50μm，优选粒度为1-10μm和粒度为15-25μm的碳化硅混合，进一步优选粒度为1-10μm和粒度为15-25μm的碳化硅按质量比(1.5-3):1混合；优选地，所述硅的粒度为40-60μm，优选为45-55μm；优选地，所述粘结剂的粒度为10-75μm。进一步，在本专利技术提供的技术方案的基础上，粘结剂包括酚醛树脂、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇中的至少一种，优选酚醛树脂；优选地，高分子聚合物包括酚醛树脂、芳烷基醚甲醛树脂或聚二苯醚树脂中的至少一种，优选酚醛树脂。进一步，在本专利技术提供的技术方案的基础上，碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(a)将碳纤维浸渍于高分子聚合物溶液中15-30min，取出后在温度700-900℃和惰性气体保护下进行碳化处理，得到包覆碳层的碳纤维；(b)将包覆碳层的碳纤维与碳化硅、硅和粘结剂按比例混合均匀，得到混合料；(c)将混合料在压力为5-20MPa，温度为100-200℃，时间为30-60min的工艺条件下温压成型，得到碳/碳化硅生坯；(d)将碳/碳化硅生坯在温度700-900℃和惰性气体保护下进行热处理，得到热处理后的碳/碳化硅生坯；(e)将热处理后的碳/碳化硅生坯的上表面和下表面铺金属硅后，在温度1600-1800℃下进行熔融渗硅烧结，得到碳/碳化硅复合陶瓷。第二方面，本专利技术提供了一种碳/碳化硅复合陶瓷，采用上述碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法制备得到。第三方面，本专利技术提供了碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法制备得到的碳/碳化硅复合陶瓷在制备刹车材料中的应用；优选地，刹车材料包括刹车盘和刹车片，优选刹车盘。第四方面，本专利技术提供了一种刹车盘，采用碳/碳化硅复合陶瓷的制备得到。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术提供的碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法，通过在碳纤维表面形成一层碳保护层，再与碳化硅混合后进行碳化处理和熔融渗硅烧结处理，可以有效避免熔融渗硅对碳纤维的侵蚀，保留了碳纤维强度高、高温力学性能和热性能良好等优点；而且通过控制制备的工艺参数可以控制碳保护层的厚度和结合度，以保证碳保护层的作用；此外，碳/碳化硅生坯先进行热处理(碳化)，使加入的粘结剂碳化为碳，再进行熔融渗硅，使碳与硅反应形成碳化硅，从而使碳/碳化硅复合材料致密，降低气孔含量，同时减少游离硅。通过本专利技术制备方法制备得到的碳/碳化硅复合陶瓷具有强度高、韧性大和摩擦磨损性能良好等优点。(2)本专利技术提供的碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法，该制备方法工艺操作简单，劳动强度小，生产效率高，适于工业化生产。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。根据本专利技术的第一个方面，提供了一种碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(a)将混合后的包覆碳层的碳纤维与碳化硅、硅及粘结剂温压成型，制得碳/碳化硅生坯；包覆碳层的碳纤维是碳纤维表面包覆高分子聚合物后进行碳化处理得到；(b)将碳/碳化硅生坯进行热处理和熔融渗硅烧结后，得到碳/碳化硅复合陶瓷；热处理的温度为700-900℃。碳/碳化硅复合陶瓷和碳/碳化硅生坯中的“/”是和的意思。碳纤维是有机纤维或沥青基材料经碳化和石墨化处理后形成的含碳量在85％以上的碳素纤维，具有比强度高、比模量大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将混合后的包覆碳层的碳纤维与碳化硅、硅及粘结剂温压成型，制得碳/碳化硅生坯；所述包覆碳层的碳纤维是碳纤维表面包覆高分子聚合物后进行碳化处理得到；(b)将碳/碳化硅生坯进行热处理和熔融渗硅烧结后，得到碳/碳化硅复合陶瓷；所述热处理的温度为700‑900℃。

【技术特征摘要】
1.一种碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将混合后的包覆碳层的碳纤维与碳化硅、硅及粘结剂温压成型，制得碳/碳化硅生坯；所述包覆碳层的碳纤维是碳纤维表面包覆高分子聚合物后进行碳化处理得到；(b)将碳/碳化硅生坯进行热处理和熔融渗硅烧结后，得到碳/碳化硅复合陶瓷；所述热处理的温度为700-900℃。2.按照权利要求1所述的碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)中包覆碳层的碳纤维是将碳纤维浸渍于高分子聚合物溶液中15-30min，取出后在温度700-900℃和惰性气体保护下进行碳化处理2-5h得到；优选地，所述步骤(a)中温压成型的工艺条件包括：压力为5-20MPa，温度为100-200℃，时间为30-60min。3.按照权利要求1所述的碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中热处理的步骤包括：将碳/碳化硅生坯在温度700-900℃和惰性气体保护下进行热处理，得到热处理后的碳/碳化硅生坯；优选地，热处理的时间为2-5h。4.按照权利要求1所述的碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中熔融渗硅烧结的步骤包括：将热处理后的碳/碳化硅生坯的上表面和下表面铺金属硅，在温度1600-1800℃下进行熔融渗硅烧结，得到碳/碳化硅复合陶瓷；优选地，所述熔融渗硅烧结的时间为1-3h，优选为1.5-2h；优选地，所述金属硅与碳/碳化硅生坯的质量比为0.5-1.0，优选为0.7-0.9。5.按照权利要求1-4任一项所述的碳/碳化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述包覆碳层的碳纤维与碳化硅、硅及粘结剂的重量比为(20-30):(40-60):(5-10):(20-40)；优选地，所述碳化硅的粒度为1-50μm，优选粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄风磊，李兆敏，张玉军，翟彦霞，刘欢，吴修政，邱传波，
申请(专利权)人：山东宝纳新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37