[发明专利]一种炭纤维增强陶瓷基汽车刹车片的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车刹车片，具体地说是一种用于汽车制动系统的炭纤维增强陶瓷基摩擦材料的刹车片、以及该刹车片的加工和与钢背的连接方法。

背景技术

在汽车制动系统中汽车刹车片是A类关键零部件，其性能的优劣直接关系到汽车运行的安全性和可靠性。随着现代汽车行驶速度的提高，对汽车刹车片的要求也越来越苛刻。因为汽车刹车片吸收的能量与速度的平方成正比，以轿车为例，当分别以50km/h、100km/h和200km/h的车速制动时，制动的热负荷分别为282.61kJ，1130.44kJ和4521.74kJ，汽车刹车片的表面温度高达500～700℃。另一方面，为保证汽车在高速行驶时汽车的稳定性，必须减少汽车的轮径，以降低汽车重心，制动比缩小，热容量也相应减少。因此，对汽车刹车片的热容量要求越来越高。

目前市场上使用的汽车刹车片主要是半金属树脂基摩擦材料。半金属树脂基刹车片的优点是制造技术成熟、可以调整成分配比来选择所需的摩擦系数，重量轻，成本低。但当汽车在连续或者紧急制动时，刹车片和制动盘摩擦表面的温度迅速升高，局部“闪点”温度可达1000℃，由于树脂基摩擦材料耐温性能差，在高温下会分解放出水、气和油等，在两个摩擦表面之间形成一层薄膜，使得干摩擦变成混合摩擦或湿摩擦，导致摩擦系数显著降低(可高达40％～50％)，存在刹车失效的隐患。另外，由于树脂在高温时发生炭化，降低了其粘结作用，导致树脂基摩擦材料高温磨损加剧，显著降低了刹车片的使用寿命。因此，研究出具有适当的摩擦系数、热稳定性高、耐磨性好、制动平稳和成本低的刹车材料是当前汽车刹车片研究工作者的当务之急。

炭纤维增强陶瓷基(具体到本发明即C/C-SiC)摩擦材料是二十世纪末发展起来的一种高性能制动材料，由于具有摩擦系数高且稳定，耐磨性、磨合性和导热性优良，污染生态环境极少，使用负荷高等一系列优异性能，尤其是在环境适应性强，在雨水、油、酸碱和结冰等恶劣气候条件下摩擦性能衰减少，因此C/C-SiC被公认为是二十一世纪极具竞争力的新一代刹车材料。

本申请人前期申请的“一种工业制动器用炭/陶制动衬片的制造方法”发明专利(专利号：ZL200910042780.5)主要对以针刺炭纤维整体毡为预制体，采用化学气相渗透法和熔硅浸渗制造工业制动器用炭/陶制动衬片的制造方法申请了专利保护。

本申请人前期申请的“炭纤维增强炭-碳化硅双基体摩擦材料的制备方法”发明专利(申请号：200910042779.2)主要对以短切炭纤维、石墨粉、工业硅粉和粘结剂为原材料，采用温压-炭化-熔硅浸渗工艺制备的炭纤维增强炭-碳化硅双基体摩擦材料的制备方法申请了专利保护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种所制造的汽车刹车片的摩擦系数高且稳定，磨损低和热衰退性能好的炭纤维增强陶瓷基汽车刹车片的制造方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的炭纤维增强陶瓷基汽车刹车片的制造方法，首先采用针刺的方法制备炭纤维全网胎，对其进行高温热处理后采用等温化学气相渗透法制得低密度C/C复合材料，对低密度C/C复合材料进行机加工后在高温真空炉中进行定向熔渗制得C/C-SiC制动衬片，最后将C/C-SiC制动衬片与钢背进行铆接，制得所需的汽车制动系统用C/C-SiC刹车片，包括下列步骤：

(1)、针刺炭纤维全网胎：

首先按配比选取10mm～80mm长的炭纤维制成胎网，然后采用接力式针刺的方法制成密度为0.10～0.30g/c m³之间的全网胎；

(2)、高温热处理：

将制得的炭纤维预制体在高温处理炉进行1500～2100℃的高温热处理，缓解炭纤维预制体在编织过程中产生的应力，并去除炭纤维束表面的胶；

(3)、等温化学气相渗透：

采用等温化学气相渗透法对经过高温热处理后的炭纤维预制体进行热解炭增密，制得密度为1.0～1.6g/cm³的低密度C/C复合材料；

(4)、机加工：

将低密度C/C复合材料按相应汽车刹车片尺寸进行机加工；

(5)、熔渗剂配比：

由C/C-SiC刹车片的预期密度和低密度C/C复合材料坯体密度两者之差计算出熔融渗硅过程中需生成的SiC含量，进而计算出硅与碳反应中理论需硅量；取低密度C/C复合材料坯体理论需硅量的1.1～2.0倍硅粉，并添加铁粉，铁粉的量为硅粉质量含量的5～25％，将硅粉和铁粉混合成熔渗剂；

(6)、定向熔渗反应：