【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及刹车盘制造，尤其涉及一种碳陶刹车盘。
技术介绍
1、随着交通运输行业的快速发展，车辆制动性能要求也随之提高，加之摩擦材料面积越来越小，单位面积摩擦材料承担的能量越来越高，基体更容易发生分解，耐热性面临更大的考验。从能量角度来看，车辆制动主要是在摩擦力的作用下，通过将动能转化为热能来降低速度的过程。车辆动能转化为热能的过程包含两次热能分配：第一次由轮胎与路面组成的摩擦副和刹车盘与片组成的摩擦副分配，其中大部分热能由刹车盘与片摩擦副分担；第二次由刹车盘和片之间进行分配，其中刹车盘分担了大部分热能。因此刹车盘的性能对于行驶安全具有重要意义。飞机、汽车和髙速列车等现代交通工具的刹车材料经历了从铸铁、合成材料、粉末冶金材料到碳碳复合材料和碳陶复合材料的发展。不论是碳碳还是碳陶的刹车盘，其实它们的性能都比铸铁刹车盘更强。一般采用铸铁形式制作的刹车盘其重量相当大，金属虽然能够承受高温，但承受的最高温度其实有限，而且在高温情况下，金属会出现软化现象。另外，金属的导热性能太高，以至于其热量会传递至刹车卡钳和油管之中，使制动液产生高温，从而导致沸腾。而碳纤维的好处，首先大家应该会想到轻，碳纤维刹车盘的重量要比铸铁刹车盘轻上一半。并且碳纤维材料的隔热和耐热能力都是非常强。当制动时，卡钳和刹车盘摩擦之后，其温度虽然会上升，但速度相对慢，而且其传热也比较小，所以对于激烈驾驶的车辆来说，在安全方面会更有保证。
2、目前碳陶刹车盘的制备工艺为针刺-碳化-高温处理-化学气相沉积-高温处理-加工-渗硅-加工，其中第一步高温处理是为了进一
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种碳陶刹车盘，通过配方设计和优化工艺流程来提高刹车盘性能，节约成本。
2、为达此目的，本专利技术提供一种碳陶刹车盘，所述碳陶刹车盘包含35-55wt％的碳基，1-10wt％的硅，35-60wt％的碳化硅，0.01-5wt％的硼和0.01-5wt％的钙，其中所述碳基的石墨化度至少40％。
3、优选的，所述碳基包括至少两层的单向碳纤维。
4、优选的，所述至少两层的单向碳纤维相邻两层之间呈90°夹角叠置。
5、优选的，所述碳基上包括50-200针/cm2的沉积孔。
6、优选的，所述沉积孔内内沉积有硼元素和钙元素。
7、优选的，所述所述硼含量与钙含量的比值为1-5。
8、优选的，所述碳基的石墨化度为40-90％。
9、本专利技术还提出一种碳陶刹车盘的制备方法，包括如下步骤：
10、步骤1：制备预定厚度的碳纤维预制体；
11、步骤2：将所述碳纤维预制体浸渍于预定浓度的酚醛树脂酒精溶液中，所述酚醛树脂酒精溶液中还有预定浓度的硼化合物和钙化合物，干燥后形成浸渍体；
12、步骤3：将所述浸渍体进行碳化处理，形成碳化体，碳化处理的温度为800-1100℃，保温4-6h；
13、步骤4：将所述碳化体进行低温石墨化处理，形成石墨化体；
14、步骤5：将所述石墨化体进行加工，形成刹车盘胚体；
15、步骤6：将所述刹车盘胚体放入氮化硼坩埚中在高温炉内进行渗硅处理，形成硅化体；
16、步骤7：将所述硅化体进行加工，得到所述碳陶刹车盘。
17、优选的，所述碳纤维预制体由碳纤维单向布和碳纤维网胎重复交叠而成，每层单向布和每层碳纤维网胎叠加后进行针刺处理。
18、优选的，至少碳纤维网胎上下相邻两层叠置的碳纤维单向布呈碳纤维方向90°夹角叠置。
19、优选的，所述针刺处理的针刺密度为50-200针/cm2。
20、优选的，所述步骤2中酚醛树脂酒精溶液的浓度为40wt％。
21、优选的，所述步骤2中硼化合物的浓度为：0.1-14.5wt％，钙化合物的浓度为：0.05-6.5wt％。
22、优选的，所述硼化合物可选择硼酸或氮化硼或氧化硼，所述钙化合物可选择碳酸钙或硫酸钙或氯化钙或葡萄糖酸钙。进一步优选的，选择硼酸和碳酸钙。
23、优选的，所述步骤2和步骤3至少进行一次，使所述碳化体的密度达到1.25-1.45g/cm3。
24、优选的，步骤4中低温石墨化处理的温度为1400-1800℃，保温2h。
25、优选的，步骤6中渗硅处理的温度为1600-1700℃，保温时间为2-4h，所述高温炉的膛内压力小于1000pa。
26、优选的，步骤6中氮化硼坩埚中预先放入刹车盘胚体质量1.1倍的纯硅粉。
27、上述碳陶刹车盘的制备工艺中，由于在酚醛树脂酒精溶液添加适量的硼酸和碳酸钙，通过加入促进石墨化的微量元素b和ca，可以在较低温度实现树脂碳向石墨化碳的转变，相比于常用的气相沉积所需的温度更低、耗时更短。且不需要气体的加入，制备难度大大降低。同时，加入b和ca可以降低刹车盘胚体在渗硅过程中石墨化度较低的玻璃碳的出现，避免了在冷却过程中样品的宏观裂纹的出现，有利于提升碳陶刹车盘的质量稳定性。
28、有益效果：本专利技术提供的碳陶刹车盘，通过加入硼元素和钙元素来促进刹车盘的石墨化，在较低温度下就可以实现树脂碳向石墨化碳转变，有效保证了最终碳陶刹车盘样品的石墨化度，在使用过程中摩擦系数稳定，有效降低磨损量。此外，由于向碳陶刹车盘内添加适量比例的硼元素和钙元素，可以使碳陶刹车盘在制造工艺上省略掉化学气相沉积，大大提高了工艺过程的可控性，制造难度下降，有助于提高产品的质量稳定性，同时制备周期大幅度缩短，节约制造成本，对于碳陶刹车盘的经济效益具有重大意义。
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1.一种碳陶刹车盘，其特征在于，所述碳陶刹车盘包含35-55wt％的碳基，1-10wt％的硅，35-60wt％的碳化硅，0.01-5wt％的硼和0.01-5wt％的钙，其中所述碳基的石墨化度至少40％。
2.如权利要求1所述的碳陶刹车盘，其特征在于，所述碳基包括至少两层的单向碳纤维。
3.如权利要求2所述的碳陶刹车盘，其特征在于，所述至少两层的单向碳纤维相邻两层之间呈90°夹角叠置。
4.如权利要求1所述的碳陶刹车盘，其特征在于，所述碳基上包括50-200针/cm2的沉积孔。
5.如权利要求4所述的碳陶刹车盘，其特征在于，所述沉积孔内内沉积有硼元素和钙元素。
6.如权利要求1所述的碳陶刹车盘，其特征在于，所述所述硼含量与钙含量的比值为1-5。
7.如权利要求1所述的碳陶刹车盘，其特征在于，所述碳基的石墨化度为40-90％。
8.一种如权利要求1至7任一所述碳陶刹车盘的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述碳纤维预制体由碳纤维单向
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，至少碳纤维网胎上下相邻两层叠置的碳纤维单向布呈碳纤维方向90°夹角叠置。
11.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述针刺处理的针刺密度为50-200针/cm2。
12.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中酚醛树脂酒精溶液的浓度为40wt％。
13.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中硼化合物的浓度为：0.1-14.5wt％，钙化合物的浓度为：0.05-6.5wt％。
14.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2和步骤3至少进行一次，使所述碳化体的密度达到1.25-1.45g/cm3。
15.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤4中低温石墨化处理的温度为1400-1800℃，保温2h。
16.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤6中渗硅处理的温度为1600-1700℃，保温时间为2-4h，所述高温炉的膛内压力小于1000Pa。
17.如权利要求8所述的碳陶刹车盘，其特征在于，步骤6中氮化硼坩埚中预先放入刹车盘胚体质量1.1倍的纯硅粉。
...【技术特征摘要】
1.一种碳陶刹车盘，其特征在于，所述碳陶刹车盘包含35-55wt％的碳基，1-10wt％的硅，35-60wt％的碳化硅，0.01-5wt％的硼和0.01-5wt％的钙，其中所述碳基的石墨化度至少40％。
2.如权利要求1所述的碳陶刹车盘，其特征在于，所述碳基包括至少两层的单向碳纤维。
3.如权利要求2所述的碳陶刹车盘，其特征在于，所述至少两层的单向碳纤维相邻两层之间呈90°夹角叠置。
4.如权利要求1所述的碳陶刹车盘，其特征在于，所述碳基上包括50-200针/cm2的沉积孔。
5.如权利要求4所述的碳陶刹车盘，其特征在于，所述沉积孔内内沉积有硼元素和钙元素。
6.如权利要求1所述的碳陶刹车盘，其特征在于，所述所述硼含量与钙含量的比值为1-5。
7.如权利要求1所述的碳陶刹车盘，其特征在于，所述碳基的石墨化度为40-90％。
8.一种如权利要求1至7任一所述碳陶刹车盘的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述碳纤维预制体由碳纤维单向布和碳纤维网胎重复交叠而成，每层单向布和每层碳纤维网胎叠加后进行针刺...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘松青，刘凯，
申请(专利权)人：深圳市佰斯倍新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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