[发明专利]一种含Ti3SiC2相的碳纤维增强陶瓷基体摩擦材料及其制备方法

说明书

本发明具体涉及一种含Ti3SiC2相的炭纤维增强陶瓷基体摩擦材料及其制备方法。所述含Ti3SiC2相的炭纤维增强陶瓷基体摩擦材料，以质量百分比计包括下述组成：Ti3SiC210‑30wt.％、SiC10‑30wt.％、单质Si小于0.8wt.％。其制备方法为：采用连续纤维布与短切炭纤维网胎层穿刺所制备的纤维预制体先化学气相沉积热解炭后，依次按浸渍处理、固化处理、碳化处理的方式对其进行处理，得到密度为1.0‑1.3g/cm^‑3的炭/炭多孔体；最后进行非浸泡式熔融渗硅以获得碳纤维增强陶瓷基体材料。本发明组份设计合理，制备工艺简单，便于大规模的工业化应用。

技术领域

本发明涉及一种低成本的碳纤维增强陶瓷摩擦材料的制备方法。具体涉及一种含Ti3SiC2相的碳纤维增强陶瓷基体摩擦材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维增强炭-碳化硅双基体(C/C-SiC)复合材料是二十世纪末发展起来的新一代高性能摩擦材料。具有密度低、抗氧化、耐腐蚀、摩擦系数高而且稳定，磨损小，制动比压大，制动系统体积小和导热性好等一系列优异性能，尤其能克服C/C制动材料静态和湿态摩擦系数低的缺点，能保障动力机械在高速度、大功率时的制动安全性，能大幅度提高制动效率及摩擦材料的使用寿命。因此，C/C-SiC材料被公认为是极具竞争力的新一代摩擦材料，在高速列车、汽车、飞机等领域具有广泛应用前景，我国和德国、美国等均陆续展开了相关研究。

研究报道的C/C-SiC摩擦材料制备方法主要包括化学气相渗透与熔硅浸渗的结合工艺，聚炭硅烷转化和熔硅浸渗的结合工艺，以及温压－原位反应法等。化学气相渗透法是制备纤维增强陶瓷基复合材料最有前途的方法之一，其显著特点是能在较低的温度进行陶瓷基复合材料的制备，但制备厚壁部件易产生“瓶颈”效应，材料内部产生较大的密度梯度，工艺制备周期长、成本高。聚炭硅烷转化法不需要特殊的设备，工艺较简单，但采用此方法得到的为无定型基体，材料性能较差。温压－原位反应法制备周期短，成本低，制备的C/C-SiC摩擦材料摩擦系数高，但材料致密度较低，力学性能较低、韧性较差。目前熔硅浸渗法仍然存在制备周期较长、成本相对较高，且所制备的材料在摩擦过程中由于残余Si的不均匀分布容易引起制动过程不平稳且磨损率较大等一些列的问题。

本发明的目的在于提供一种低成本、致密度高、单质Si含量低、摩擦性能优异且可工程化、含Ti3SiC2相的碳纤维增强陶瓷基体复合材料及其制备方法。本发明不仅大大缩短了碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备周期，而且所制备的复合材料具有较好磨擦磨损、导热性能。

本发明一种含Ti3SiC2相的碳纤维增强陶瓷基体摩擦材料，以质量百分比计包括下述组成：

Ti3SiC2 10-30wt.％、优选为12-28wt.％；

SiC 10-30wt.％，优选为18-23wt.％

单质Si小于0.8wt.％。优选为0.4-0.8wt.％。

本发明一种含Ti3SiC2相的碳纤维增强陶瓷基体摩擦材料，还包碳质组分。所述碳质组分包括碳纤维、热解炭、石墨、炭黑等。作为优选，本发明一种含Ti3SiC2相的碳纤维增强陶瓷基体摩擦材料由Ti3SiC2、SiC、小于0.8wt.％的单质Si以及碳质组分组成。

本发明一种含Ti3SiC2相的碳纤维增强陶瓷基体摩擦材料的制备方法，包括下述步骤：

步骤一

将碳纤维预制体置于沉积炉中，通过CVI沉积热解炭增密，增密幅度为0.1～0.4g/cm³；得到含有热解炭的碳纤维预制体；

步骤二

依次按浸渍处理、固化处理、碳化处理的方式对步骤一所得含有热解炭的碳纤维预制体进行处理，得到密度为1.0-1.3g/cm^-3的碳/碳多孔体；