[发明专利]一种碳陶复合材料制动盘及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳陶复合材料制动盘及制备方法；属于碳陶复合材料与制动盘制备技术领域。

背景技术

制动系统是汽车上最重要的系统之一，也是汽车驾驶者最应重视的一个方面。制动系统能保证在安全的前提下尽量发挥出汽车高速行驶的性能，目前不同汽车采用不同的制动系统，例如有四轮盘刹、前盘后鼓、或前通风盘、后实体盘等等。汽车制动的结构上有如此多的区别，最主要差别就是制动热衰退性能。

盘式制动器是目前汽车应用得最为广泛的制动器，具有构造相对简单、维修方便、制动效果稳定、系统反应快速等一系列优点。制动盘是盘式制动器的关键零件,对汽车的安全行驶起到至关重要的作用。目前大多数制动盘是由铸铁制成，在实际应用中存在以下问题：（1）耐磨性差，磨损较快；（2）散热效果不好，反复踩刹车后将导致刹车力量因为受热而明显损失；（3）重量较重。

近年来，由于环保和节能的需要，汽车轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。轻量化就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。当前汽车轻量化的主要途径是采用轻质材料。

碳纤维增强陶瓷基复合材料（以下简称碳陶复合材料）是二十世纪末发展起来的新一代高性能制动材料，在高速列车、汽车、飞机等领域具有广泛应用前景。目前碳陶复合材料的制备方法主要包括如下几种：（1）化学气相渗透法；（2）熔体浸渗法；（3）浸渍裂解法；（4）热压烧结法；（5）温压-原位反应法等等。上述工艺中（1）和（3）制备工艺周期长、（2）易导致碳纤维硅化损伤、（4）和（5）制备的材料力学性能偏低，这使得碳陶复合材料制动盘的制造及推广应用受到限制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种制动性能好、耐高温、成本低、易加工、综合性能优异的碳陶复合材料制动盘及其制备方法，以特别适用于制作汽车或高速列车制动盘。

本发明所述的一种碳陶复合材料制动盘，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。

本发明所述的一种碳陶复合材料制动盘，所述基体碳由树脂或沥青碳化生成。

本发明所述的一种碳陶复合材料制动盘的制备方法，包括下述步骤：

步骤一碳纤维增强坯体（CFRP）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。

本发明所述的一种碳陶复合材料制动盘的制备方法，步骤一中，所述改性碳纤维通过下述方案制备的：