一种一体成型碳陶涂层盘及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种一体成型碳陶涂层盘及其制备方法，所述一体成型碳陶涂层盘的预制体包括支撑预制体、耐磨涂层预制体，所述耐磨涂层预制体通过粘接和/或编制工艺与支撑预制体构成一个整体；所述耐磨涂层预制体的密度小于支撑预制体的密度；所述耐磨涂层预制体由碳质材料构成；所述碳陶涂层盘的预制体经增碳后进行陶瓷化，得到产品，经渗碳陶瓷化后耐磨涂层预制体转化为耐磨陶瓷涂层；支撑预制体转化为碳陶复合材料结构支撑层；所述耐磨涂层中的陶瓷含量为碳陶复合材料支撑层中陶瓷含量的1.2倍以上；所述碳陶复合材料支撑层和耐磨涂层构成所述的碳陶涂层盘。本发明专利技术结构设计合理，制备工艺简单可控，所得产品性能优良，便于大规模的工业化应用。模的工业化应用。模的工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种一体成型碳陶涂层盘及其制备方法


[0001]本专利技术属于轨道交通制动盘
，具体涉及一种一体成型碳陶涂层盘及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，碳陶制动盘作为一类新型产品被用于汽车、地铁、高铁等轨道交通领域，而随着技术的更新替代，耐磨性、抗氧化性更强的碳陶涂层盘被开发应用于高端汽车、赛车、改装车等汽车制动领域，但现阶段的碳陶涂层盘多采用浆料法(形成界面层结合)、模压法(通过粘接层结合)等，但由于涂层与基体间的热膨胀系数间的差异、结合处的粘接技术性能不一等问题造成涂层盘在制动过程中常常发生掉块剥落等质量问题，尤其在稍微恶劣的工况下，出现砂石撞击涂层盘盘面后极大的概率会出现以上质量问题；轻度时加剧盘片的磨损，中度时持续的掉块剥落会撞击损坏制动系统造成经济损失，重度时可能出现盘、片、卡钳崩坏造成安全事故。
[0003]由于碳陶涂层盘现阶段的种种问题对它的应用有了极大的制约，严重影响了该行业的进一步发展与突破；但碳陶涂层盘自身的优势也是十分明显，如相较于传统碳陶盘有着更好的外观、高硬高耐磨的涂层在正常使用下制动盘寿命得到成倍乃至数倍的增长、摩擦面没有了传统碳陶盘的无纬布，变成了高陶瓷含量的涂层，有着极佳的抗氧化能力和较低的摩擦系数热衰退。
[0004]因此，整合碳陶涂层盘的劣势和优势，对碳陶涂层盘涂层与基体结合处层间剪切强度的改善显得尤为重要，可以进一步提升该产品的行业竞争度和市场认可度。

技术实现思路

[0005]针对现有碳陶涂层盘的涂层结合强度等技术问题，本专利技术的目的在于提供一种一体成型碳陶涂层盘及其制备方法，利用粘接编制或编制工艺(针刺方式、穿刺等)制备出涂层盘预制体基体，经增密、陶瓷化后大大提高了耐磨涂层与碳陶复合材料支撑层结合处的层间剪切强度和性能一致性；同时耐磨涂层中一定量的超薄型网状织物提升了耐磨涂层的综合力学性能，使之不易崩坏、掉块、剥落；本专利技术操作简单，在传统碳陶盘生产的基础上几乎没有增加生产作业流程(现阶段的碳陶涂层盘生产基本需增加2
‑
4道工序)，大大提高了生产效率、节约了生产成本、提升了产品质量。
[0006]本专利技术所述的一种一体成型碳陶涂层盘的应用领域也随之更为广泛，如在地铁和高铁制动领域，本专利技术碳陶涂层盘的环境适应能力大大提升，涂层在砂石撞击等其他恶劣工况下也不会出现掉块脱落现象，同时涂层的抗氧化能力和系数抗热衰减能力能有效保证高铁在高速下的制动性能。
[0007]本专利技术一种一体成型碳陶涂层盘，其预制体包括支撑预制体、耐磨涂层预制体，所述摩擦涂层预制体通过粘接和/或编制工艺与支撑预制体构成一个整体；所述耐磨涂层预制体的密度小于支撑预制体的密度；所述耐磨涂层预制体由碳质材料构成，且所述涂层预
制体采用短纤维增强；所述基体经增碳后进行陶瓷化，得到产品，经渗碳陶瓷化后耐磨涂层预制体转化为耐磨陶瓷涂层；支撑预制体转化为碳陶复合材料结构支撑层；所述耐磨涂层中的陶瓷含量为碳陶复合材料支撑层中陶瓷含量的1.2倍以上；所述碳陶复合材料支撑层和耐磨涂层构成所述的碳陶涂层盘。
[0008]本专利技术一种一体成型碳陶涂层盘，先制备出支撑预制体，然后通过粘接和/或编制工艺在预制体阶段制备出耐磨涂层预制体得到涂层盘预制体基体，即在支撑预制体的至少一个面上制备出耐磨涂层预制体，所述编制工艺选自针刺、穿刺中的至少一种；
[0009]当支撑预制体的2个面上制备出耐磨涂层预制体时，其制备方法为：
[0010]以超薄型网状织物为原料，采用低残炭型树脂将超薄型网状织物粘接到支撑预制体上；和/或
[0011]以超薄型网状织物为原料，采用穿刺工艺和/或针刺工艺将超薄型网状织物连接到支撑预制体上；
[0012]穿刺工艺控制穿刺密度20
±
10针/cm2、优选为20
±
5针/cm2；针刺工艺控制针刺密度为20
±
10针/cm2、优选为20
±
5针/cm2，针刺深度15
±
10mm、优选为15
±
5mm，针刺2
‑
3层后更换至另一面继续针刺耐磨涂层预制体，如此反复交替，直至耐磨涂层预制体达到设定厚度；避免单侧持续受压导致涂层预制体阶段密度差异大。
[0013]所述原料包括12K
‑
PANCF超薄型网状织物；所述低残炭型树脂选自环氧树脂、酚醛树脂中的一种；
[0014]避免单侧持续受压导致涂层预制体阶段密度差异大。
[0015]本专利技术一种一体成型碳陶涂层盘，支撑预制体的密度为0.45
±
0.20g/cm3、优选为0.55
±
0.10g/cm3，耐磨涂层预制体的密度为0.18
±
0.10g/cm3、优选为0.18
±
0.05g/cm3。
[0016]本专利技术一种一体成型碳陶涂层盘，沿着一体成型碳陶涂层盘轴向方向，在支撑预制体一侧的耐磨涂层预制体的厚度大于1mm；优选为2
‑
10mm、进一步优选为5
‑
7mm。
[0017]本专利技术一种一体成型碳陶涂层盘，其特征在于：一体成型碳陶涂层盘的密度为2.00
‑
2.50g/cm3、2.30
‑
2.50g/cm3，开孔率为1
‑
10％、优选为1
‑
3％；
[0018]碳陶复合材料支撑层的密度为2.00
‑
2.50g/cm3优选为2.20
‑
2.50g/cm3，开孔率1
‑
10％、优选为1
‑
3％，陶瓷含量为50～60wt％、优选为55wt％；
[0019]耐磨涂层的密度为2.10
‑
2.60g/cm3优选为2.30
‑
2.60g/cm3，开孔率1
‑
8％，陶瓷含量为60
‑
80wt％、优选为70wt％，且耐磨涂层的陶瓷含量大于碳陶复合材料结构支撑层中的陶瓷含量。
[0020]耐磨涂层与碳陶复合材料支撑层之间的剪切强度大于20MPa。
[0021]本专利技术一种一体成型碳陶涂层盘的制备方法，包括如下步骤：
[0022](1)在密度0.45
±
0.20g/cm3、优选为0.55
±
0.10g/cm3的支撑预制体两面针刺一定厚度的超薄型网状织物，形成密度在0.18
±
0.10g/cm3、优选为0.18
±
0.05g/cm3的超薄型网状织物涂层预制体，制得涂层盘预制体基体；
[0023](2)惰性气氛下，将涂层盘预制体基体于1700
‑
2200℃、优选为1800
‑
2000℃下进行热处理；
[0024](3)通过进行两次或以上的化学气相沉积工艺将涂层盘预制体基体增密至1.20<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体成型碳陶涂层盘，其特征在于：其预制体包括支撑预制体、耐磨涂层预制体，所述摩擦涂层预制体通过粘接和/或编制工艺与支撑预制体构成一个整体；所述耐磨涂层预制体的密度小于支撑预制体的密度；所述耐磨涂层预制体由碳质材料构成，且所述涂层预制体采用短纤维增强；所述基体经增碳后进行陶瓷化，得到产品，经渗碳陶瓷化后耐磨涂层预制体转化为耐磨陶瓷涂层；支撑预制体转化为碳陶复合材料结构支撑层；所述耐磨涂层中的陶瓷含量为碳陶复合材料支撑层中陶瓷含量的1.2倍以上；所述碳陶复合材料支撑层和耐磨涂层构成所述的碳陶涂层盘。2.根据权利要求1所述的一种一体成型碳陶涂层盘，其特征在于：先制备出支撑预制体，然后通过粘接和/或编制工艺在预制体阶段制备出耐磨涂层预制体得到涂层盘预制体基体，即在支撑预制体的至少一个面上制备出耐磨涂层预制体，所述编制工艺选自针刺、穿刺中的至少一种；当支撑预制体的2个面上制备出耐磨涂层预制体时，其制备方法为：以超薄型网状织物为原料，采用低残炭型树脂将超薄型网状织物粘接到支撑预制体上；和/或以超薄型网状织物为原料，采用穿刺工艺和/或针刺工艺将超薄型网状织物连接到支撑预制体上；穿刺工艺控制穿刺密度20
±
10针/cm2、优选为20
±
5针/cm2；针刺工艺控制针刺密度为20
±
10针/cm2、优选为20
±
5针/cm2，针刺深度15
±
10mm、优选为15
±
5mm，针刺2
‑
3层后更换至另一面继续针刺耐磨涂层预制体，如此反复交替，直至耐磨涂层预制体达到设定厚度；所述原料包括12K
‑
PANCF超薄型网状织物；所述低残炭型树脂选自环氧树脂、酚醛树脂中的一种；避免单侧持续受压导致涂层预制体阶段密度差异大。3.根据权利要求1所述的一种一体成型碳陶涂层盘，其特征在于：支撑预制体的密度为0.45
±
0.20g/cm3、优选为0.55
±
0.10g/cm3，耐磨涂层预制体的密度为0.18
±
0.10g/cm3、优选为0.18
±
0.05g/cm3。4.根据权利要求1所述的一种一体成型碳陶涂层盘，其特征在于：沿着一体成型碳陶涂层盘轴向方向，在支撑预制体一侧的耐磨涂层预制体的厚度大于1mm；优选为2
‑
10mm、进一步优选为5
‑
7mm。5.根据权利要求1所述的一种一体成型碳陶涂层盘，其特征在于：其特征在于：一体成型碳陶涂层盘的密度为2.00
‑
2.50g/cm3、优选为2.30
‑
2.50g/cm3，开孔率为1
‑
10％、优选为1
‑
3％；碳陶复合材料支撑层的密度为2.00
‑
2.50g/cm3、优选为2.20
‑
2.50g/cm3，开孔率1
‑
10％、优选为1
‑
3％，陶瓷含量为50～60wt％、优选为55wt％；耐磨涂层的密度为2.10
‑
2.60g/cm3、优选为2.30
‑
2.60g/cm3，开孔率1
‑
8％、优选为1
‑
3％，陶瓷含量为60
‑
80wt％、优选为70wt％，且耐磨涂层的陶瓷含量大于碳陶复合材料结构支撑层中的陶瓷含量。耐磨涂层与碳陶复合材料支撑层之间的剪切强度大于20MPa。6.一种制备如权利要求权利1

【专利技术属性】
技术研发人员：李金伟，陈振宇，周娩红，
申请(专利权)人：湖南世鑫新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：