[发明专利]一种新型改性预制体的炭陶刹车片材料及其制造方法

说明书

本发明针对现有刹车片材料的摩檫性能不稳，硬度过大，高频振荡，自动性能差，以及摩檫不均匀等问题，提出一种新型改性预制体的炭陶刹车材料及其制造方法。本发明采用新型的“三明治”结构的碳纤维预制体，对针刺结构纤维的制备处理，采用浆料浸渗工艺制造出C/C多孔体，将SiC基、Si基和硼基化合物引入到碳/陶多孔预制体内，有效解决了因残留硅量不可控的难题。这种“三明治”C/SiC刹车材料干态摩擦性能的稳定性提高，静摩擦系数提高，湿态条件下摩擦性能无衰减。

技术领域

本发明涉及一种新型改性预制体的炭陶刹车片材料及其制造方法，属于汽车配件的制造领域。

背景技术

刹车片是汽车、列车、摩托车等必须装备的自动部件，其性能的优劣直接影响车辆、装备的使用安全性。高耐磨损的刹车材料是车辆等安全保障的基础。

最初的刹车片材料是利用石棉纤维材料，填充酚醛树脂制造。其使用过程中高温产生热衰退，使其功能丧失。

有机粘结剂刹车片材料以有机粘结剂基材料，包含有30%～50%左右的铁质金属物（钢纤维、还原铁粉、泡沫铁粉）。这种材料耐热性好、单位面积吸收功率高、导热系数大、能适用于汽车在高速、重负荷运行时的制动工况。

粉末冶金刹车片材料是以铁基、铜基和铁铜基等金属及其合金为基体，添加制动组元和润滑组元，用粉末冶金方法制成的“金属陶瓷”材料，是摩擦式离合器与制动器的关键组件。这种材料存在密度高、易氧化生锈和使用寿命较短等缺陷。

碳/碳复合刹车片材料是以碳纤维或其编织物为增强相，以化学气相沉积的热解碳或液相浸渍的树脂碳为基体，组成的纯碳相复合材料，由碳/碳复合材料制成的刹车热库与原来的钢刹车盘热库相比，热容量提高了约2 倍左右，质量减少20%～40%，使用寿命提高了1 倍。为此复合这种材料具有湿态和静态摩擦系数低、热库体积大、易氧化、制备周期长、成本高等问题。

炭陶刹车片材料以具有抗氧化及摩擦磨损性能的组元材料对其基体，以碳纤维为增强体，以热解碳、改性组元为基体的一种多相复合刹车材料，具有热熔高，质量小，湿态刹车性能衰减大、耐盐雾腐蚀性强，抗热震和抗冲击能力强，还能实现浇水快速冷却，节约刹车时间10 倍左右。

由于现有的刹车片材料存制备周期长，成本高，部分材料内在大量聚集分布的残余Si，高能载刹车过程中，刹车片材料摩擦表面的温度可能超过1200℃，此时Si 可能会发生熔融而导致摩擦性能不稳定甚至失效。而SiC 基体硬且脆，摩擦表面难以形成稳定的摩擦膜，不利于高能刹车稳定性。另外，预制体结构的不均匀导致参与摩擦的组织结构不均匀，进而影响材料的摩擦磨损性能。

发明内容

本发明针对现有刹车片材料的摩檫性能不稳，硬度过大，以及高频振荡，自动性能差，摩檫不均匀等问题，提出一种新型改性预制体的炭陶刹车材料及其制造方法。这种改性预制体是通过基体和涂层改性技术，将SiC基、Si基和硼基化合物引入到碳/陶多孔预制体内，制造出新一代的高性能，高效能，低成本的刹车片材料。

对于新型改性预制体的炭陶结构进行优化设计

首先，改进预制体结构设计，本发明采用新型的“三明治”结构的碳纤维预制体。如图１所示，“三明治”C/C复合材料由摩擦功能层和结构功能层组成。结构功能层是三维针刺结构。摩擦功能层内部的碳基相和孔隙分布都比较均匀，为后续SiC基相和碳化硼基相均匀分布奠定了基础。“三明治”结构的应用使得参与摩擦的各物相分布较为均匀，有效提高了材料的摩擦稳定性，结构功能层位于材料的中间，摩擦功能层位于材料的外围，二者通过接力式针刺法连为一体。其中，结构功能层为典型的三维针刺结构，与三维针刺C 纤维预制体的结构相同，摩擦功能层为纯胎网结。构如图1所示“三明治”结构层。

其次，液相硅渗透制备C/C-SiC材料的工艺方法。