【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及刹车盘制造，尤其涉及一种碳纤维增强碳化硅刹车盘。
技术介绍
1、刹车盘在汽车运行中主要起降速或者急停的作用，在突发状况下关乎人的生命安全，因此尤为重要。由于刹车会产生短暂的较大冲击摩擦力并生成大量的热能，要求刹车盘的材料应该具有耐热、耐冲击、耐疲劳、高强度等性能。传统上刹车材料多采用耐高温的灰铸铁，但是随着汽车不断轻量化和高速化，密度较重的铸铁、石墨钢在质量和氧化问题上显得不太适合了。cf/sic复合材料因其高硬度、优越的摩擦性能以及可以大幅降低摩擦制动材料的质量，所以可在航空及高端汽车行业被用作制动件。c/sic刹车材料由于引入适量碳化硅陶瓷硬质材料作为基体，不仅保持了碳材料的优异特性，还有效提高了材料的抗氧化性和摩擦系数，而且显著改善了摩擦性能对外界环境介质(潮气、霉菌和油污等)的敏感性。
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-施加摩擦层-加工-渗硅-加工。由于针刺的纤维坯体密度低，导致需要经过长时间的cvi沉积增加坯体密度，工序时间达到300h以上，生产成本高。且在化学气相沉积的时候，针刺坯体表层的沉积厚度大于针刺坯体内部的沉积厚度，导致坯体内部的纤维表层沉积的碳较少，在渗硅的时候容易对纤维产生腐蚀。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种碳纤维增强碳化硅刹车盘，先将碳纤维针刺坯体用树脂进行浸渍碳化，达到一定致密度后再进行化学气相沉积，可以有效减少化学沉积耗时，节约能源，同时针对浸渍碳化形成的增强纤维束进行
2、为达此目的，本专利技术提供一种碳纤维增强碳化硅刹车盘，所述碳纤维增强碳化硅刹车盘包括若干增强纤维束和基体相，所述增强纤维束均匀分散在所述基体相之间。所述增强纤维束包括若干碳纤维丝和位于所述碳纤维丝之间的增强碳，所述增强纤维束中增强碳的含量为增强纤维束的15-45vol％，所述碳纤维丝含量为增强纤维束的55-85vol％。所述基体相包括基体碳、碳化硅和硅，所述基体碳含量为0-10vol％，碳化硅含量为60-92vol％，硅含量为4-20vol％。所述增强碳的消光角小于18°，所述基体碳的消光角为18°-40°。
3、优选的，所述基体碳的平均消光角为θm，所述增强碳的平均消光角为θf，θm和θf存在如下关系：
4、-7-3.1θf+27.7lnθf＞θm＞-10-3.1θf+27.7lnθf。
5、优选的，所述基体碳为石墨、化学气相沉积碳、碳纤维、碳纳米管、石墨烯的一种或多种。
6、优选的，所述碳纤维增强碳化硅刹车盘包括如下制备步骤：
7、s1：制备预定厚度的碳纤维预制体；
8、s2：对所述碳纤维预制体进行浸渍处理，浸渍溶液为石墨酚醛溶液，所述石墨酚醛溶液中石墨粉含量为0-20％，酚醛含量为20-50％，余量为酒精；
9、s3：将浸渍后的碳纤维预制体进行干燥处理直到酒精完全挥发得到浸渍体；
10、s4：对所述浸渍体进行碳化处理得到碳化体；
11、s5：将碳化体放置在化学气相沉积炉中进行气相沉积得到沉积体，沉积气体为甲烷，稀释气体为氮气，所述氮气流量为甲烷的5-15％，沉积时间为80-180h；
12、s6：对所述沉积体进行高温处理，高温处理后进行机械加工得到刹车盘坯体；
13、s7：将所述刹车盘坯体放置在氮化硼坩埚中，然后放入高温真空炉中进行渗硅处理得到硅化体，将所述硅化体进行表面打磨和外轮廓尺寸加工得到所述碳纤维增强碳化硅刹车盘；所述氮化硼坩埚中预先放置有刹车盘坯体质量1.1倍的纯硅粉；所述渗硅处理条件为：温度1600-1700℃，保温时间为2-4h，炉膛压力小于1000pa。
14、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，针刺密度为50-200针/cm2，所述碳纤维预制体厚度为20-40mm。
15、优选的，所述碳纤维单向布k值为3-12k，所述碳纤维网胎克重为40-120g/m3。
16、优选的，所述碳纤维网胎上下两层碳纤维单向布的碳纤维方向呈90°夹角。
17、优选的，步骤s2至s4至少进行一次，使所述碳化体的密度达到1.0-1.25g/cm3。
18、优选的，步骤s4中碳化温度为800-1100℃，保温4-6h。
19、优选的，步骤s6中高温处理条件为：温度为1800-2400℃，保温时间为2-6h。
20、有益效果：本专利技术提供的碳纤维增强碳化硅刹车盘，通过在基体相内设置均匀分散的增强纤维束，增强纤维束采用树脂浸渍碳化而成，可以对内部纤维形成有效保护防止渗硅时对内部纤维产生腐蚀，同时增强纤维束还可以有效降低了化学气相沉积耗时，在树脂浸渍裂解过程中碳纤维预制体的致密度已经完成大部分，沉积时间可以大大降低，既可以降低耗能还可以提高刹车盘的生产效率。此外，对增强纤维束中的增强碳的消光角和基体相中的基体碳的消光角进一步限定，使刹车盘维持在适中的石墨化度，有利于刹车盘保持良好的摩擦性。当基体碳的消光角过大，其石墨化度较高，不利于刹车盘的耐磨性，当基体碳的消光角过小，其石墨化度低，没有消光角时完全为玻璃化碳，其在摩擦时不能通过剥落和自润滑形成连续的摩擦膜，摩擦时摩擦系数波动大，磨损量也加大。针对基体碳的平均消光角和增强纤维束增强碳的平均消光角，本专利技术还提出了两者之间的关系式，有利于对刹车盘成品进行检测并通过可测的消光角进行产品判定，快速判断产品是否合格，简单方便。
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1.一种碳纤维增强碳化硅刹车盘，其特征在于，所述碳纤维增强碳化硅刹车盘包括若干增强纤维束和基体相，所述增强纤维束均匀分散在所述基体相之间；所述增强纤维束包括若干碳纤维丝和位于所述碳纤维丝之间的增强碳，所述增强纤维束中增强碳的含量为增强纤维束的15-45vol％，所述碳纤维丝含量为增强纤维束的55-85vol％；所述基体相包括基体碳、碳化硅和硅，所述基体碳含量为0-10vol％，碳化硅含量为60-92vol％，硅含量为4-20vol％；所述增强碳的消光角小于18°，所述基体碳的消光角为18°-40°。
2.如权利要求1所述的碳纤维增强碳化硅刹车盘，其特征在于，所述基体碳的平均消光角为θm，所述增强碳的平均消光角为θf，θm和θf存在如下关系：
3.如权利要求1所述的碳纤维增强碳化硅刹车盘，其特征在于，所述基体碳为石墨、化学气相沉积碳、碳纤维、碳纳米管、石墨烯的一种或多种。
4.如权利要求1所述的碳纤维增强碳化硅刹车盘，其特征在于，所述碳纤维增强碳化硅刹车盘包括如下制备步骤：
5.如权利要求4所述的碳纤维增强碳化硅刹车盘，其特征在于，所
6.如权利要求5所述的碳纤维增强碳化硅刹车盘，其特征在于，所述碳纤维单向布K值为3-12K，所述碳纤维网胎克重为40-120g/m3。
7.如权利要求5所述的碳纤维增强碳化硅刹车盘，其特征在于，所述碳纤维网胎上下两层碳纤维单向布的碳纤维方向呈90°夹角。
8.如权利要求4所述的碳纤维增强碳化硅刹车盘，其特征在于，步骤S2至S4至少进行一次，使所述碳化体的密度达到1.0-1.25g/cm3。
9.如权利要求4所述的碳纤维增强碳化硅刹车盘，其特征在于，步骤S4中碳化温度为800-1100℃，保温4-6h。
10.如权利要求4所述的碳纤维增强碳化硅刹车盘，其特征在于，步骤S6中高温处理条件为：温度为1800-2400℃，保温时间为2-6h。
...【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强碳化硅刹车盘，其特征在于，所述碳纤维增强碳化硅刹车盘包括若干增强纤维束和基体相，所述增强纤维束均匀分散在所述基体相之间；所述增强纤维束包括若干碳纤维丝和位于所述碳纤维丝之间的增强碳，所述增强纤维束中增强碳的含量为增强纤维束的15-45vol％，所述碳纤维丝含量为增强纤维束的55-85vol％；所述基体相包括基体碳、碳化硅和硅，所述基体碳含量为0-10vol％，碳化硅含量为60-92vol％，硅含量为4-20vol％；所述增强碳的消光角小于18°，所述基体碳的消光角为18°-40°。
2.如权利要求1所述的碳纤维增强碳化硅刹车盘，其特征在于，所述基体碳的平均消光角为θm，所述增强碳的平均消光角为θf，θm和θf存在如下关系：
3.如权利要求1所述的碳纤维增强碳化硅刹车盘，其特征在于，所述基体碳为石墨、化学气相沉积碳、碳纤维、碳纳米管、石墨烯的一种或多种。
4.如权利要求1所述的碳纤维增强碳化硅刹车盘，其特征在于，所述碳纤维增强碳化硅刹车盘包括如下制备步骤：
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【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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