一种快速制备AlN改性C/C-SiC摩擦材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种快速制备AlN改性C/C

【技术实现步骤摘要】
一种快速制备AlN改性C/C
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SiC摩擦材料的方法


[0001]本专利技术属于制动摩擦材料领域，涉及一种碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法，特别涉及一种低成本快速制备AlN改性短碳纤维增强C/C
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SiC摩擦材料的制备方法。

技术介绍

[0002]C/C
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SiC摩擦材料是继粉末冶金摩擦材料和C/C摩擦材料之后的新一代摩擦材料，具有低密度、高比强、耐高温、高耐磨、摩擦性能稳定、环境适应性好等诸多优点。
[0003]目前，制备C/C
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SiC摩擦材料主要途径为：使用连续碳纤维毡作为预制体，先采用化学气相渗透工艺在预制体表面沉积一层热解碳，后通过聚合物浸渍裂解或反应熔体浸渗工艺引入SiC基体并致密化。但是该法工序繁多，生产周期长，成本高，在一定程度上限制了C/C
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SiC摩擦材料在民用领域的应用。
[0004]文献1“专利公开号为CN103553695A的中国专利”报道了一种采用短碳纤维作为增强体的碳陶复合材料制动盘制备方法。该方法先将短切碳纤维、硅粉、粘结剂、无水乙醇混合均匀后按设计的制动盘胚体压制成块，后将压制得到的碳纤维增强胚体碳化得到C/C多孔体，然后采用聚碳硅烷与二乙烯基苯的混合溶液浸渍C/C多孔体，固化之后生成SiC基体，重复浸渍固化至一定密度后对所得到的C/C
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SiC复合胚体进行2
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5min的熔融硅浸渍，得到表面摩擦层为Si的C/C
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SiC摩擦材料。文献2“专利公开号为CN101486588A的中国专利”报道了一种短碳纤维增强C/C
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SiC摩擦材料的制备方法。该方法先将短切碳纤维、石墨粉、工业硅粉、粘结剂冷压成块体，后对制成的C/C
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Si块体进行机械破碎和造粒，再将颗粒温压成C/C
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Si素胚，对素胚碳化后制成C/C
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Si多孔体，最终对多孔体进行熔融硅浸渗制成C/C
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SiC摩擦材料。
[0005]上述两种采用短碳纤维作为增强相，通过模压的方式将短纤维、树脂、填料压制成纤维增强树脂块体，经碳化与致密化处理后制成C/C
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SiC摩擦材料的工艺路线，不失为一种低成本快速制备C/C
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SiC摩擦材料的手段。但其中采用的重复浸渍固化和熔融硅浸渗工艺不仅需要诸如压力热处理炉等设备，还增加了数百或数十小时的制备周期。因此，开发一种无需后续致密化处理的C/C
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SiC摩擦材料制备工艺，对于缩短制备周期，降低生产成本，拓展摩擦材料的应用具有重要意义。

技术实现思路

[0006]要解决的技术问题
[0007]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种低成本快速制备AlN改性C/C
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SiC摩擦材料的制备方法，针对现有C/C
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SiC摩擦材料制备工艺中致密化处理周期长的不足之处，通过在模压过程中引入活性填料Al来增加热处理之后材料的致密度，从而缩减致密化周期，提升生产效率。
[0008]技术方案
[0009]一种低成本快速制备AlN改性C/C
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SiC摩擦材料的制备方法，其特征在于步骤如
下：
[0010]步骤1：将短碳纤维、石墨粉、硅粉、酚醛树脂、氧化铝粉末和铝粉均匀分散，填入模具后模压成纤维增强树脂块体；
[0011]所述上述原材料按体积百分比为10
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30％短碳纤维、10
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40％石墨粉、10
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30％硅粉、10
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30％酚醛树脂、小于20％氧化铝粉末、10
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40％铝粉，上述体积百分比之和为100％；
[0012]步骤2：将模压后得到的纤维增强树脂块体进行碳化热处理和陶瓷化热处理，载气气氛为N2，载气流量为20
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80ml/min，升温至900
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1100℃保温2
‑
6h，再升温至1400
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2100℃保温2
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6h，降温至300℃后随炉冷却至室温，得到C/C
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AlN
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SiC复合材料；
[0013]所述热处理时的升温和降温速率为1
‑
5℃/min。
[0014]所述步骤2的碳化热处理和陶瓷化热处理分为两步：先进行碳化热处理，随炉冷却至室温后，再进行陶瓷化热处理，得到C/C
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AlN
‑
SiC复合材料。
[0015]所述碳化热处理的热处理温度为900
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1100℃，载气气氛为N2的载气流量为20
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80ml/min，保温时间为2
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6h，降温至300℃后随炉冷却至室温；所述热处理时的升温和降温速率为1
‑
5℃/min。
[0016]所述陶瓷化热处理热处理温度为1600
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2100℃，载气气氛为N2，载气流量为20
‑
80ml/min，保温时间为2
‑
6h，降温至300℃后随炉冷却至室温；所述热处理时的升温和降温速率为1
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5℃/min。
[0017]所述步骤1中的模压压力为5
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15MPa，模压温度为140
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200℃，时间为10
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60min。
[0018]所述短碳纤维为T300碳纤维，长度为2
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15mm，密度为1.78g/cm3。
[0019]所述鳞片石墨粉纯度为99.9％，目数为900目，密度为2.0g/cm3。
[0020]所述工业硅粉目数为300目，密度为2.34g/cm3。
[0021]所述酚醛树脂为腰果壳油改性酚醛树脂，密度为1.5g/cm3。
[0022]所述氧化铝粉末为α
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Al2O3，纯度为99.9％，粒度为1μm，密度为3.9g/cm3；所述铝粉纯度为99.9％，粒度为1μm，密度为2.7g/cm3。
[0023]有益效果
[0024]本专利技术提出的一种低成本快速制备AlN改性C/C
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SiC摩擦材料的制备方法，首先通过模压的方式将混合均匀的短碳纤维、酚醛树脂、工业硅粉和铝粉等压制成纤维增强树脂块体，后经过碳化和陶瓷化热处理得到C/C
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AlN
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SiC摩擦材料。本专利技术利用活性金属铝与载气氮气或树脂碳化过程中生成的碳氢气体反应体积膨胀的特性，填补材料中因树脂碳化和硅碳反应收缩产生的孔隙，提升材料致密度，缩减致密化工艺周期，降低制备成本。
[0025]具体是：本专利技术首先通过模压的方式将混合均匀的短碳纤维、酚醛树脂、工业硅粉和铝粉压制成纤维增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速制备AlN改性C/C
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SiC摩擦材料的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将短碳纤维、石墨粉、硅粉、酚醛树脂、氧化铝粉末和铝粉均匀分散，填入模具后模压成纤维增强树脂块体；所述上述原材料按体积百分比为10
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30％短碳纤维、10
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40％石墨粉、10
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30％硅粉、10
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30％酚醛树脂、小于20％氧化铝粉末、10
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40％铝粉，上述体积百分比之和为100％；步骤2：将模压后得到的纤维增强树脂块体进行碳化热处理和陶瓷化热处理，载气气氛为N2，载气流量为20
‑
80ml/min，升温至900
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1100℃保温2
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6h，再升温至1400
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2100℃保温2
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6h，降温至300℃后随炉冷却至室温，得到C/C
‑
AlN
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SiC复合材料；所述热处理时的升温和降温速率为1
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5℃/min。2.根据权利要求1所述快速制备AlN改性C/C
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SiC摩擦材料的方法，其特征在于：所述步骤2的碳化热处理和陶瓷化热处理分为两步：先进行碳化热处理，随炉冷却至室温后，再进行陶瓷化热处理，得到C/C
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AlN
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SiC复合材料。3.根据权利要求2所述快速制备AlN改性C/C
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SiC摩擦材料的方法，其特征在于：所述碳化热处理的热处理温度为900
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1100℃，载气气氛为N2的载气流量为20
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80ml/min，保温时间为2
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6h，降温至300℃后随炉冷却至室温；所述热处理时的升温和降温速率为1
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【专利技术属性】
技术研发人员：李贺军，黄启岳，费杰，李伟，齐乐华，付前刚，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：