本发明专利技术公开了一种低磨损的碳陶刹车材料的制备方法，采用碳纤维预制体经化学气相沉积、树脂浸渍获得碳基体，然后再经反应熔渗硅，即得碳陶刹车材料，在预制体的制备过程中，采用更低含量的无纬布，增加了薄形网毡的含量，提高后续可沉积碳的含量，同时在完成2D铺层和针刺后，Z向钢针将具有高导热性能的沥青碳纤维引入2D预制体，形成3D预制体，而在化学气相沉积过程中，本发明专利技术通过化学气相沉积时温度与压力的控制，将热解碳控制均为光滑层结构，而在化学气相沉积后，本发明专利技术还进一步的引入了树脂碳基体，形成多孔结构有利于后续反应熔渗硅液的渗入，本发明专利技术所制备的所述碳陶刹车材料不仅低磨损，而且刹车曲线峰谷比低、无翘尾。无翘尾。无翘尾。
【技术实现步骤摘要】
一种低磨损的碳陶刹车材料及其制备方法
[0001]本专利技术涉及一种低磨损的碳陶刹车材料及其制备方法，属于刹车盘制备
技术介绍
[0002]碳陶刹车材料是在C/C材料的基础上发展起来的高性能摩擦材料，与C/C摩擦材料相比，它的湿态摩擦性能衰减小，静摩擦系数大，C/C摩擦材料在高温时可以获得稳定的制动能力，但低温时不能获得稳定的制动能力。C/SiC摩擦材料不仅高温时制动能力稳定，低温时的制动能力也非常稳定。
[0003]目前制备碳/碳化硅陶瓷刹车材料的方法很多，有先驱体浸渍裂解法、等离子喷涂法、气相沉积法、反应熔渗法等。这些方法所制备的碳陶刹车材料基本上能解决大多数飞机、高速列车和汽车等的刹车问题。但是相比炭/炭刹车材料，碳陶刹车材料的磨损仍然很高。刹车材料的磨损主要以磨粒磨损和疲劳磨损为主。炭/炭刹车材料在摩擦面上可以形成以石墨为主要成分的自润滑层，能有效降低磨粒磨损，而石墨的高导热可以有效降低摩擦表面温度，从而降低疲劳磨损。而碳陶刹车材料的磨屑以碳化硅颗粒为主要成分，无法在摩擦面形成润滑层。碳陶刹车材料的导热较炭/炭刹车材料差，摩擦面温度高，疲劳磨损增大。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种低磨损的碳陶刹车材料的制备方法。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供上述制备方法所制备的低磨损的碳陶刹车材料。所述碳陶刹车材料不仅低磨损，而且刹车曲线峰谷比低、无翘尾。
[0006]为了实现上述问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术一种低磨损的碳陶刹车材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一碳纤维预制体的制备
[0009]将无纬布与薄形网毡交替铺层，X、Y方向连续针刺，然后在Z方向用沥青基碳纤维进行双向穿刺即得碳纤维预制体，所述碳纤维预制体中，无纬布与薄形网毡的重量百分比为58～62：38～42；
[0010]步骤二、炭/炭预制体的制备
[0011]将步骤一所得碳纤维预制体以丙烯为碳源、以氮气为稀释气体，进行化学气相沉积、热处理获得炭/炭预制体，所述化学气相沉积时，沉积压力为1.4～1.8kPa，沉积温度为920～970℃；
[0012]步骤三、炭/炭多孔体的制备
[0013]将步骤二所得炭/炭预制体加入浸渍剂中浸渍，然后经固化获得固化后的预制体、再经炭化裂解获得炭/炭多孔体，所述浸渍剂由双酚A型环氧树脂、环氧丙烷苄基醚、三氮化硼乙胺络合物组成，其中环氧丙烷苄基醚的质量分数为28～32％，三氮化硼乙胺络合物的
质量分数为22～26％；
[0014]步骤四，碳陶刹车材料的制备
[0015]将步骤三所得炭/炭多孔体，进行反应熔渗硅，即得碳陶刹车材料。
[0016]本专利技术的制备方法，在预制体的制备过程中，采用相对现有技术更低的无纬布，增加了薄形网毡的含量，而由于化学气相沉积过程中，碳富集在薄形网毡层中，因此可以化学气相沉积时增加热解碳的含量，从而最终增加SiC的含量,而由于SiC的含量增加可以大幅增加基体的硬度和强度，有效降低磨损；另外，本专利技术在完成2D铺层和针刺后，Z向钢针将具有高导热性能的沥青碳纤维引入2D预制体，形成3D预制体，提高了材料层间剪切强度和导热性能，疲劳磨损和氧化磨损降低。
[0017]而在化学气相沉积过程中，本专利技术通过化学气相沉积时温度与压力的控制，将热解碳控制为均为光滑层结构，光滑层结构炭硬度高、强度高，不仅能有效支撑碳化硅，且自身不易断裂、润滑性好，能大幅降低材料磨损。
[0018]而在化学气相沉积后，本专利技术还进一步的引入了树脂碳基体，且通过调节浸渍剂的配方，所得浸渍剂粘度不会随着浸渍次数的增加而变化，炭化裂解后体积收缩，不会封堵坯体的空隙，且形成的热解炭是多孔结构，有利于后续反应熔渗硅液的渗入。而且本专利技术的浸渍剂配方中以三氮化硼乙胺络合物作为固化剂，可以于碳基体中引用户少量的氮和硼元素，在氮和硼的协同作用下可以有效抑制反应熔渗过程中碳化硅晶粒的生长，使碳化硅晶粒尺寸分布均匀。在摩擦过程中均匀的碳化硅晶粒既可以减小震动，又能降低磨损。最终再通过反应熔渗硅即获得低磨损的碳陶刹车材料。
[0019]当然，在预制体的制备过程中，无纬布与薄形网毡的重量百分比需要有效的控制，如果无纬布的比例过低，后续制备的材料脆性增强而韧性降低，在刹车过程中因冲击而易引起齿部的脆性断裂或者崩坏，而若无纬布的比例过高，则无法形成较大的空隙，CVD碳的含量降低从而导致SiC的含量降低，无法起到降低磨损的作用。
[0020]而化学气相沉积时，压力与温度控制不合理，也无法获得100％的光滑层结构，如会形成粗糙层结构，或生成炭黑。
[0021]优选的方案，步骤一中，将无纬布与薄形网毡交替铺层，控制层间密度为11～15层/cm，然后于X、Y方向连续针刺，控制针刺行距、间距均为2.0～2.4
×
2.0～2.4mm，针刺密度为20～25针/cm2，然后在Z方向用沥青基碳纤维进行双向穿刺，控制穿刺的行距、间距均为4.8～5.2
×
4.8～5.2mm，即得碳纤维预制体。
[0022]优选的方案，步骤一中，所述无纬布为聚丙烯基碳纤维(PANCF)无纬布，所述薄形网毡为聚丙烯基碳纤维(PANCF)无纬布。
[0023]优选的方案，步骤一中，所述碳纤维预制体的密度为0.50～0.60g/cm3。
[0024]优选的方案，步骤二中，所述丙烯与氮气的体积比为0.8～1.2：0.8～1.2。
[0025]优选的方案，步骤二中，所述化学气相沉积时，沉积的温度为930～960℃，沉积时间为180～220h。
[0026]专利技术人发现，将沉积的温度控制在上述范围内，最终所得光滑层结构最优。
[0027]优选的方案，步骤二中，所述热处理的温度为1500～1800℃，优选为1550～1650℃，所述热处理的时间为1～3h，优选为1.5h。
[0028]在化学气相沉积后，通过热处理，将孔隙打开，提升后续炭/炭多孔体制备过程中，
浸渍的效率，在热处理过程中，要避免温度过高，以免使光滑层结构炭出现应力石墨化，碳纤维和热解碳的界面出现微裂纹，界面强度降低，材料疲劳磨损增大。
[0029]优选的方案，步骤二中，所述炭/炭预制体的密度为1.30～1.33g/cm3。
[0030]本专利技术中，先通过化学气相沉积将密度控制在上述范围内，再通过树脂浸渍增密获得碳碳多孔体，再熔融渗硅，专利技术人发现，这样可以降低材料的磨损，而若直接化学气相沉积获得密度1.38～1.45g/cm3的炭/炭多孔体，因为孔隙大小不同，反应熔渗过程中，单质硅会残留在大孔中。在刹车过程中，单质硅会随着摩擦面温度的升高软化，迅速降低摩擦系数，并且磨屑中的微硅粉具有强吸水性，会造成湿态刹车性能衰减。本专利技术的树脂浸渍多孔炭工艺，既增加了孔隙的比表面积，又有效的用树脂炭填充了大孔，硅液进入孔隙中与树脂炭发生反应生成碳化本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低磨损的碳陶刹车材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一碳纤维预制体的制备将无纬布与薄形网毡交替铺层，X、Y方向连续针刺，然后在Z方向用沥青基碳纤维进行双向穿刺即得碳纤维预制体，所述碳纤维预制体中，无纬布与薄形网毡的重量百分比为58～62：38～42；步骤二、炭/炭预制体的制备将步骤一所得碳纤维预制体以丙烯为碳源、以氮气为稀释气体，进行化学气相沉积、热处理获得炭/炭预制体，所述化学气相沉积时，沉积压力为1.4～1.8kPa，沉积温度为920～970℃；步骤三、炭/炭多孔体的制备将步骤二所得炭/炭预制体加入浸渍剂中浸渍，然后经固化获得固化后的预制体、再经炭化裂解获得炭/炭多孔体，所述浸渍剂由双酚A型环氧树脂、环氧丙烷苄基醚、三氮化硼乙胺络合物组成，其中环氧丙烷苄基醚的质量分数为28～32％，三氮化硼乙胺络合物的质量分数为22～26％；步骤四，碳陶刹车材料的制备将步骤三所得炭/炭多孔体，进行反应熔渗硅，即得碳陶刹车材料。2.根据权利要求1所述的一种低磨损的碳陶刹车材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，将无纬布与薄形网毡交替铺层，控制层间密度为11～15层/cm，然后于X、Y方向连续针刺，控制针刺行距、间距均为2.0～2.4
×
2.0～2.4mm，针刺密度为20～25针/cm2，然后在Z方向用沥青基碳纤维进行双向穿刺，控制穿刺的行距、间距均为4.8～5.2
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4.8～5.2mm，即得碳纤维预制体。3.根据权利要求1所述的一种低磨损的碳陶刹车材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述碳纤维预制体的密度为0.50～0.60g/cm3。4.根据权利要求1所述的一种低磨损的碳陶刹车材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述丙烯与氮气的体...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈灵涛，刘飞翔，邵南子，刘迪文，沈益顺，熊杰，
申请(专利权)人：湖南博云新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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