[发明专利]一种碳陶复合材料制动盘及制备方法

权利要求书

1.一种碳陶复合材料制动盘，其特征在于：所述制动盘由碳陶复合材料制成，所述碳陶复合材料以质量百分比计包括下述组分组成：

碳纤维12-20%；

基体碳20-45%；

SiC30-55%；

Si2-6%；

所述碳纤维的长度为15-30mm。

2.根据权利要求1所述的一种碳陶复合材料制动盘，其特征在于：所述基体碳由树脂或沥青碳化生成。

3.一种制备如权利要求1或2所述的碳陶复合材料制动盘的方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一碳纤维增强坯体的制备

按质量比，碳纤维：硅粉：粘结剂：无水乙醇=24-36：5-9：44-65：2-10，将改性碳纤维、硅粉、粘结剂、无水乙醇混合均匀后，按设计的制动盘坯体压制成型、固化；得到碳纤维增强坯体；所述碳纤维的长度为15-30mm；所述粘结剂为树脂或沥青；所述碳纤维增强坯体密度为0.9-1.3g/cm³；

步骤二碳/碳多孔体的制备

将步骤一所得碳纤维增强坯体在保护气氛下于600～850℃进行碳化，得到碳/碳多孔体；

步骤三C/C-SiC复合坯体的制备

将步骤二所得碳/碳多孔体加工出沉孔（3）后浸渍由聚碳硅烷和二乙烯基苯配成的混合溶液后，在保护气氛下进行交联固化、裂解，生成SiC基体；重复浸渍、交联固化、裂解工艺，直至所得C/C-SiC复合坯体的密度为1.6-1.9g/cm³；所述混合溶液中聚碳硅烷与二乙烯基苯的质量比为1：0.2-0.4；交联固化的温度为120-160℃；裂解的温度为1200-1500℃；

步骤四C/C-SiC复合坯体表面摩擦层的制备

在保护气氛下，将步骤三所得C/C-SiC复合坯体放入液态硅中浸渍2-5min，得到摩擦表面层为硅的C/C-SiC复合坯体；浸渍时，控制浸渍压力为0.1-0.2Mpa、温度为1500-1800℃；

步骤五抗氧化处理

将步骤四所制备的C/C-SiC复合坯体，按设计的制动盘尺寸加工，得到加工件后，对加工件进行抗氧化处理，得到碳陶复合材料制动盘。

4.根据权利要求3所述的一种碳陶复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：

步骤一中，长度为15-30mm的碳纤维通过下述方案制备的：

以15-20mm/s的走丝速度，将长碳纤维束从液态树脂或沥青中穿过后，干燥、切割，得到长度为15-30mm的碳纤维。

5.根据权利要求3所述的一种碳陶复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述硅粉的平均粒径为10-80nm，纯度≥99.5%。

6.根据权利要求3或4所述的一种碳陶复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：所述树脂选自酚醛树脂、呋喃树脂、环氧树脂中的至少一种。

7.根据权利要求3所述的一种碳陶复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述压制成型为热压成型，热压的压力为2.0-5.0Mpa、温度为100-140℃、保压时间为10-30min。

8.根据权利要求3所述的一种碳陶复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述碳纤维增强坯体上留有均匀排布的冷却通道，所述冷却通道数为20+2*n，n的取值选自0到9之间任意一个整数。

9.根据权利要求3所述的一种碳陶复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述固化的温度为120-200℃、时间为20-24h；步骤二中所述碳化的时间为38-60h，碳化的压力为0.1～0.2Mpa；步骤三中，所述聚碳硅烷的分子量为1400-1800；浸渍时，控制浸渍压力为1.0-2.0Mpa；交联固化时，控制压力为1.0-1.5Mpa；裂解时，控制压力为4.0-6.0Mpa。

10.根据权利要求3所述的一种碳陶复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：

步骤五中，所述抗氧化处理是：

将抗氧化液涂覆于加工件的表面后，晾干，在110-130℃的烘箱中烘烤2-4h，重复涂覆、晾干、烘烤工艺2-3次；所述抗氧化液由粒度均小于-200目的SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃、B₄C、H₃BO₃和蒸馏水按质量比23-30：12-16：14-18：20-25：14-22：7-15组成。