[发明专利]一种碳基汽车刹车副的制备方法

说明书

本发明属于碳基复合材料制造领域，涉及一种碳基汽车刹车副的制备方法。本发明包括以下步骤：步骤1，碳纤维预制体高温热处理；步骤2，CVD沉积；步骤3，中间高温热处理；步骤4，精加工；步骤5，RMI致密化过程；步骤6，最终高温热处理。本发明采用长纤维整体针刺毡为预制体，通过CVD增密及反应熔融浸渍工艺增密制备一种高性能碳基汽车刹车副，刹车性能稳定，安全可靠性高。

技术领域

本发明属于碳基复合材料制造领域，涉及一种碳基汽车刹车副的制备方法。

背景技术

目前广泛应用于高速列车、赛车和飞机上的刹车材料主要采用粉末冶金材料和碳碳复合材料。然而，粉末冶金刹车材料在高温使用过程中易发生高温粘结、摩擦性能衰退、高温力学性能衰减及使用寿命短等现象；碳碳复合材料存在湿态摩擦系数低、“早晨病”、生产周期长及生产成本高的问题，制约其发展。因此，近年来发展的新一代碳/陶刹车材料，是以高强度碳纤维为增强体，以热解碳、改性粉料等为基体的多相复合刹车材料，其具有密度低(约2.0g/cm³)、摩擦因数高、制动平稳、抗腐蚀、抗氧化、耐高温以及使用寿命长等优点，该材料还具有较高的静摩擦系数以及在恶劣的环境下(潮气、霉菌和油污等)刹车性能具有更好的稳定性。德国斯图加特大学和德国航天研究所等单位的研究人员研制出了碳纤维增强碳陶基复合材料刹车副应用于保时捷轿车；日本新干线已试用碳纤维增强陶瓷基复合材料闸瓦。

汽车刹车副是结构/功能一体化材料，既要有良好的摩擦磨损性能和热学性能，又要具有足够高的力学性能。与飞机刹车副相比，汽车刹车副所制备的材料与飞机刹车副一致。然而，汽车刹车副的刹车方式、摩擦磨损性能及对磨材料均有所不同，即汽车刹车副为钳式刹车，即刹车副与刹车闸片对磨，刹车闸片摩擦面积仅为刹车副面积的20％左右；碳基汽车刹车副为碳基刹车副与其他材质刹车闸片对磨，要求刹车副的磨损远小于刹车闸片的磨损。因此，相对于飞机刹车副的严酷要求，汽车刹车副在保证安全的条件下，成本和性能要求更低。

目前，国内外制备碳刹车副的主流方法为化学气相渗透(CVI)工艺和树脂浸渍-碳化工艺。而这两种工艺存在沉碳效率低、表面易结壳、生产周期过长和工艺成本高等缺点。中南大学硕士学位论文《汽车制动用C/C-SiC复合材料的制备及性能研究》研究了一种汽车刹车片的制备方法，该方法以短纤维为原材料采用模压成型-反应烧结方法制备C/C-SiC复合材料刹车片，其制备周期短、抗衰退性能好，但是其力学性能低、材料磨损率大。其次，《固体火箭技术》2008年第4期第31卷发表一篇论文《快速制备不同预制体C/C复合材料摩擦学性能研究》描述了一种以短纤维模压毡为预制体，采用快速CVI工艺制备C/C复合材料的方法。与碳布叠层预制体结构相比，该方法提高了材料的摩擦磨损性能。但是与本发明相比，其C/C复合材料成品密度低、生产周期长、力学性能差、摩擦性能低。

发明内容

为克服传统CVI工艺和树脂浸渍-碳化工艺制备碳刹车副技术中存在的不足，CVI工艺是将碳纤维等多孔预制体先进行高温热处理，然后装入化学气相沉积炉内，在一定的温度和压力下，通入碳源气进行裂解，生成的碳不断沉积到预制体的孔隙中，使其逐步致密化，但存在沉碳效率低、表面易结壳、生产周期过长的缺点。而树脂浸渍-碳化工艺为了进一步提高坯体的体积密度，需要对其进行反复致密化处理，从而造成后续工艺的成本明显增大。本发明提出了一种生产周期短、机械性能更为优异的碳刹车副制备方法。

本发明的技术方案是：一种碳基汽车刹车副的制备方法，具体过程包括以下步骤：

步骤1，碳纤维预制体高温热处理

将碳纤维预制体放入热处理炉内，抽真空至≤1KPa时升温；当升温至1400℃时，充Ar进行保护；继续升温至2100℃，保温4h进行热处理。

步骤2，CVD沉积