[发明专利]一种碳陶制动件的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳陶制动件制备技术领域，具体涉及一种碳陶制动件的制备方法。

背景技术

目前广泛使用的工业制动件主要由粉末冶金和C/C复合材料制成。然而，粉末冶金制动材料存在高温易粘结、摩擦性能易衰退、高温强度下降显著、抗热震能力差、使用寿命短等缺点，C/C复合材料存在摩擦系数低、热库体积大、生产周期长及生产成本高等缺点，影响列车的制动效果。

碳陶复合材料是近年来发展的一种新型制动材料，具有密度低、耐高温、能载高、摩擦性能高且稳定等优点，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制动盘的使用寿命，在汽车、高速列车、飞机等高能制动领域具有广泛的应用前景。目前碳陶制动件的主要制备方法包括以下几种：(1)熔体浸渗法；(2)聚合物浸渗裂解；(3)化学气相渗透法；(4)热压烧结法等等。熔体浸渗的方法在浸渗过程中硅易与碳纤维反应，导致材料力学性能降低，聚合物浸渗裂解工艺繁琐、制备成本高，化学气相渗透法会使材料内部产生较大的密度梯度，在制造过程中需多次进行机加工，操作复杂、成本较高。

如中国专利文献CN103880461B公开了一种高速列车碳/陶复合材料摩擦对偶的制备方法，具体过程是：将制动盘摩擦片预制体和闸片摩擦块预制体置于热处理炉中，采用常规方法进行热处理去胶；将经过高温热处理的制动盘摩擦片预制体和闸片摩擦块预制体分别置入化学气相沉积炉中，按常规的工艺进行沉积；将达到规定密度的碳/碳制动盘摩擦片毛坯和碳/碳闸片摩擦块毛坯分别置入高温热处理炉中，按常规工艺进行热处理；将经过热处理的碳/碳制动盘摩擦片毛坯和碳/碳闸片摩擦块毛坯按照图纸要求加工成型；将经过机械加工的碳/碳制动盘摩擦片毛坯和碳/碳闸片摩擦块毛坯分别置于坩埚中，并用硅粉覆盖；将所述放置有碳/碳制动盘摩擦片毛坯的坩埚和碳/碳闸片摩擦块毛坯的坩埚分别放入渗硅炉中，按常规方法进行熔融渗硅处理；将经过熔融渗硅处理的碳/碳制动盘摩擦片毛坯和碳/碳闸片摩擦块毛坯放入热处理炉，按常规工艺进行热处理；得到经过最终热处理的碳/陶制动盘摩擦片和碳/陶闸片摩擦块；将经过最终热处理的碳/陶制动盘摩擦片和碳/陶闸片摩擦块进行精加工，得到高速列车碳/陶复合材料摩擦对偶。该方法要对制动盘经过多次热处理、机加工和熔融渗硅处理才能最终获得碳陶制动盘，操作复杂、工艺繁琐、时间周期长、制备成本较高，且熔融渗硅处理过程中硅易与碳纤维反应，导致材料力学性能降低，熔融渗硅后材料中残余的硅会影响碳陶制动件的抗蠕变性能。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中制备碳陶制动件的操作复杂、工艺繁琐、时间周期长，制得的碳陶制动件在力学性能与摩擦性能上存有缺陷，从而提供一种制动性能好，制备工艺简单，成本较低的碳陶制动件的方法。

为此，本发明提供了一种碳陶制动件的制备方法，包括如下步骤：

(1)对碳纤维预制体进行沉碳处理；

(2)在所述碳纤维预制体表面使用等离子喷涂制得碳化硅涂层。

所述的碳陶制动件的制备方法，所述等离子喷涂使用的碳化硅的粒度为120-500目。

所述的碳陶制动件的制备方法，所述等离子喷涂使用的等离子气体为氩气和氢气。

所述的碳陶制动件的制备方法，所述氩气流量为30-40L/min，所述氢气流量为3-5L/min。

所述的碳陶制动件的制备方法，所述等离子喷涂的功率为55-65kw，距离为150-200mm。

所述的碳陶制动件的制备方法，所述碳陶制动件的制备方法还包括在等离子喷涂制得碳化硅涂层前对碳纤维预制体进行喷砂处理，所述喷砂距离为80-150mm，喷砂风压为0.4-0.8MPa。

所述的碳陶制动件的制备方法，所述沉碳处理的温度为800-1100℃，所述沉碳处理的时间为300-350h。

进一步地，所述沉碳处理的温度为830-890℃，所述沉碳处理的时间为315-345h。

所述的碳陶制动件的制备方法，所述沉碳处理的碳源为正丁烷、乙烯、丁烯或正己烷中的至少一种。

本发明提供了一种由所述的碳陶制动件的制备方法制得的碳陶制动件。

本发明提供了一种碳陶制动盘，包括：

中心盘和设置于所述中心盘外缘的碳陶制动件，所述碳陶制动件为上述碳陶制动件或由上述制备方法制得的碳陶制动件。

进一步地，所述中心盘为铸钢中心盘。

本发明技术方案，具有如下优点：