【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及陶瓷基复合材料，具体涉及一种cvi-sic阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法。
技术介绍
1、碳纤维的高强度和高模量，结合陶瓷相优异的耐磨性和耐高温特性，赋予了碳陶刹车盘低密度、高强度、耐温好、磨损小和制动性能高等优异的性能，在航空制动、高端汽车等领域得到了广泛应用，并在汽车、轨道交通、风电等领域具有潜在的应用前景。
2、目前发展的碳陶刹车盘主要是通过化学气相渗透、先驱体浸渍裂解以及浆料浸渍等单一工艺或者组合工艺，首先制备得到一定密度的碳碳坯体，然后采用反应熔渗工艺将液硅引入到多孔碳碳坯体内部，碳与硅反应生成碳化硅相；在碳碳坯体制备过程中，通常需要进行多轮次的致密化过程，导致碳基体内部存在裂纹、气孔等缺陷，这些缺陷在反应熔渗中成为了液硅浸渗的通道，液硅沿着这些通过进入碳碳坯体内部，不可避免地将与碳纤维接触，侵蚀碳纤维，最终导致碳陶刹车盘力学性能下降；此外，液硅进入到多孔碳碳坯体的孔隙后，与碳基体的反应主要发生在固液界面上，导致最终获得的材料基体中存在大量的碳基体和硅相，而液硅熔渗反应生成的碳化硅相主要存在于两相接触面上，表现出组分分布不均匀，进而影响到碳陶刹车盘的局部硬度和摩擦磨损性能。因此，如何在有效保护碳纤维在反应熔渗中不被侵蚀的同时，提升基体的组分分布均匀性，成为了改善碳陶刹车盘力学性能和摩擦磨损性能的关键。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种cvi-sic阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，以
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种cvi-sic阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，依次包括以下步骤：
3、(1)沉积热解碳界面层：采用化学气相渗透法在三维针刺预制体的碳纤维表面制备热解碳界面层；
4、(2)沉积sic阻隔层：采用化学气相渗透法在步骤(1)制得的热解碳界面层表面沉积sic阻隔层，得到碳碳坯体；
5、(3)配置树脂浆料：将树脂和填料粉体混合后球磨，制得树脂浆料；
6、(4)浸渍、固化和裂解：将步骤(2)得到的碳碳坯体浸渍在步骤(3)制得的树脂浆料中，取出后，进行固化和裂解，重复浸渍、固化和裂解，直到碳碳坯体的密度达到1.2-1.5g/cm3；
7、(5)陶瓷化：根据刹车盘设计尺寸粗加工后，于1400-1800℃条件下保温0.5-4h进行渗硅反应，然后根据刹车盘最终尺寸精加工，制得碳陶刹车盘。
8、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：
9、进一步，步骤(1)中，三维针刺预制体为碳纤维三维针刺预制体。
10、进一步，步骤(1)中，热解碳界面层厚度为100-1000nm。
11、进一步，步骤(1)中，热解碳界面层厚度为200nm。
12、进一步，步骤(1)中，化学气相渗透法的沉积温度为800-1200℃，沉积时间为100-200h，碳源气体为天然气、丙烯或甲烷。
13、进一步，步骤(1)中，化学气相渗透法的沉积温度为1000℃，沉积时间为100-h，碳源气体为丙烯。
14、进一步，步骤(2)中，sic阻隔层的厚度为100-2000nm。
15、进一步，步骤(2)中，sic阻隔层的厚度为500nm。
16、进一步，步骤(2)中，化学气相渗透法的沉积温度为800-1200℃，气体前驱体为三氯甲基硅烷，载气为氢气。
17、进一步，步骤(2)中，化学气相渗透法的沉积温度为1000℃，气体前驱体为三氯甲基硅烷，载气为氢气。
18、进一步，步骤(3)中，树脂为酚醛树脂、环氧树脂或糠醛树脂。
19、进一步，步骤(3)中，填料粉体为硅粉和/或硅合金粉。
20、进一步，硅合金粉为硅铁粉、硅铝粉或硅钛粉。
21、进一步，步骤(3)中，填料粉体纯度≥95％，粒径0.2-50μm。
22、进一步，步骤(3)中，树脂和填料粉体的质量比为1-6：1-3。
23、进一步，步骤(3)中，树脂和填料粉体的质量比为1：2。
24、进一步，步骤(3)中，于40-80rpm条件下球磨5-48h。
25、进一步，步骤(4)中，于真空或加压条件下进行浸渍。
26、进一步，压力为0.1-5mpa。
27、进一步，步骤(4)中，浸渍0.5-3h。
28、进一步，步骤(4)中，于120-200℃条件下保温0.5-48h完成固化过程。
29、进一步，步骤(4)中，于120℃条件下保温48h完成固化过程。
30、进一步，步骤(4)中，于800-1500℃条件下保温0.5-4h完成裂解过程。
31、进一步，步骤(4)中，于900℃条件下保温2h完成裂解过程。
32、进一步，步骤(4)中，裂解气氛为真空、氮气或氩气。
33、进一步，步骤(4)中，裂解气氛为真空。
34、进一步，步骤(4)中，裂解气氛为真空时，真空度≤200pa；气氛为氮气或氩气时，气体流速为2-20l/min。
35、进一步，步骤(4)中，重复浸渍、固化和裂解4-10次。
36、进一步，步骤(5)中，采用硅粉或硅合金粉覆盖后，进行渗硅反应。
37、进一步，硅粉或硅合金粉的粒径均为100-500目，纯度99.3-99.9％。
38、进一步，硅合金粉为硅铁粉。
39、进一步，步骤(5)中渗硅反应气氛为真空、氮气或氩气。
40、进一步，步骤(5)中渗硅反应气氛为真空。
41、本专利技术还提供上述方法制得的碳陶刹车盘。
42、本专利技术具有以下有益效果：
43、1、本专利技术以碳纤维三维针刺结构为预制体，首先采用cvi技术，在预制体中碳纤维表面制备热解碳界面相，形成对碳纤维的有效保护，再采用cvi技术，在热解碳表面再制备一层sic界面层，然后，采用含有硅粉或硅合金粉的树脂溶液对坯体进行浸渍裂解，通过多轮次pip工作，制备得到密度满足要求的碳碳坯体，再在高温下，用硅粉或硅合金粉包埋坯体，通过反应熔渗技术，原位生成陶瓷相，制备得到碳陶刹车盘。
44、2、本专利技术的sic阻隔层，一方面能够调整碳基体与热解碳之间的结合强度，防止碳基体与热解碳界面之间由于同质材料，形成强结合，导致裂纹在传播过程中直接传透界面层，最终影响纤维承载能力发挥；另一方面，sic阻隔层由于自身优异的抗氧化，抗侵蚀性能，能够对热解碳界面层和碳纤维形成有效保护，防止在高温渗硅过程中，液硅侵蚀热解碳界面和碳纤维，进而损伤复合材料性能。此外，sic阻隔层的存在，在碳纤维外围与热解碳层一起形成了多层结构，能够有效对裂纹进行偏转，增加裂纹传播路径本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种CVI-SiC阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的CVI-SiC阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，其特征在于，步骤(1)中，热解碳界面层厚度为100-1000nm。
3.根据权利要求1所述的CVI-SiC阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，其特征在于，步骤(2)中，SiC阻隔层的厚度为100-2000nm。
4.根据权利要求1所述的CVI-SiC阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，其特征在于，步骤(2)中，步骤(2)中，化学气相渗透法的沉积温度为800-1200℃，气体前驱体为三氯甲基硅烷，载气为氢气。
5.根据权利要求1所述的CVI-SiC阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，其特征在于，步骤(3)中，树脂为酚醛树脂、环氧树脂或糠醛树脂。
6.根据权利要求1所述的CVI-SiC阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，其特征在于，步骤(3)中，填料粉体为硅粉和/或硅合金粉。
7.
8.根据权利要求1所述的CVI-SiC阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，其特征在于，步骤(4)中，于120-200℃条件下保温0.5-48h完成固化过程。
9.根据权利要求1所述的CVI-SiC阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，其特征在于，步骤(4)中，于800-1500℃条件下保温0.5-4h完成裂解过程。
10.权利要求1-9任一项所述的CVI-SiC阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法制得的碳陶刹车盘。
...【技术特征摘要】
1.一种cvi-sic阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的cvi-sic阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，其特征在于，步骤(1)中，热解碳界面层厚度为100-1000nm。
3.根据权利要求1所述的cvi-sic阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，其特征在于，步骤(2)中，sic阻隔层的厚度为100-2000nm。
4.根据权利要求1所述的cvi-sic阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，其特征在于，步骤(2)中，步骤(2)中，化学气相渗透法的沉积温度为800-1200℃，气体前驱体为三氯甲基硅烷，载气为氢气。
5.根据权利要求1所述的cvi-sic阻隔层结合原位反应熔渗技术制备碳陶刹车盘的方法，其特征在于，步骤(3)中，树脂为酚醛树脂、环氧树脂或...
【专利技术属性】
技术研发人员：王芙愿，史思涛，郑伟，刘光海，董强，王静，
申请(专利权)人：国投陶瓷基复合材料研究院西安有限公司，
类型：发明
国别省市：
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