[发明专利]一种碳/碳-氮化硼减摩复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳/碳‑氮化硼减摩复合材料的制备方法，将经石墨化处理的C/C坯体酸化处理，洗涤至中性获得预处理C/C坯体，然后浸泡于含改性剂的溶液中，反应获得官能化的C/C坯体，然后再将官能化的C/C坯体浸渍于h‑BN浆料中，烘干即得C/C‑BN预制体，C/C‑BN预制体再经碳源碳化增密、石墨化处理即得C/C‑BN减摩复合材料；所述改性剂选自硅烷偶联剂或聚乙烯醇(PVA)。本发明首创的采用浆料浸渍的方法获得BN基体，通过对C/C坯体进行官能化处理后，在浸渍浆料过程中可以有效的将BN粉体引入C/C坯体。此方法可有效避免碳纤维的损伤，保证C/C‑BN复合材料具有优异的结构强度。所得C/C‑BN复合材料具有优良的摩擦磨损性能。

技术领域

本发明涉及一种碳/碳-氮化硼减摩复合材料的制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

C/C复合材料具有低密度、高强度、优良的导热性、合适的摩擦系数和小的体积磨损，良好可加工性等优点，已普遍应用于刹车材料中，同时也是许多高压釜、化工设备和高速旋转的机械结构中的摩擦首先材料。而将C/C复合材料应用作为航空发动机轴间等密封要求低的摩擦系数和小的磨损亦成为国内外研究的焦点。

然而C/C摩擦材料在空气中400℃左右即开始氧化，氧化显著降低材料的制动性能和使用寿命，并且在用于密封材料时，摩擦系数和磨损率都过大，C/C摩擦材料的平均摩擦系数高达0.35，所以如何进一步改善应用于密封材料的C/C摩擦材料的摩擦系数和磨损率，仍将是未来研究需要关注的重点和难点。

氮化硼有三种晶体构造，六方氮化硼(h-BN)，密排六方氮化硼和立方氮化硼。其中，六方氮化硼(h-BN)是一种优异的高温固体润滑剂，与碳材料相比，其不仅具有优良的热物理性能，还具有更加优越的抗氧化性能和摩擦磨损性能。六方氮化硼的其抗氧化性明显优于炭/炭复合材料，h-BN明显起始氧化温度在850℃，而炭/炭复合材料在450℃即开始氧化。且BN与C之间具有很多相似性，包括密度，导热系数，热容和晶体结构。采用h-BN部分取代炭/炭复合材料中炭基体，可获得抗氧化性能和摩擦性能良好的碳纤维增强炭和六方氮化硼(C/C-BN)摩擦材料。C/C-BN摩擦材料的摩擦系数和磨损率对能载的变化不敏感，与陶瓷球对偶时，摩擦系数低，BN氧化形成的B2O3薄膜可以提高材料的抗氧化性能，且对材料的摩擦磨损性能影响较小。

目前关于国内外，C/C-BN摩擦材料的研究相对较少，制备BN基体的工艺主要有先驱体浸渍裂解法(Precursor Infiltration and Pyrolysis,PIP)和化学气相渗透法(Chemical Vapor Infiltration,CVI)。

文献[“High density carbon fiber/boron nitride matrix composites:Fabrication of composites with exceptional wear resistance.Seghi Steven，Lee,James Economy,James.Carbon,43(2005)2035-2043”]公开了一种利用浸渍裂解法制备的C/C-BN摩擦材料。这种C/C-BN摩擦材料与C/C复合材料相比，其磨损率仅为后者的50％甚至更低。他们认为，h-BN的引入提高了材料在不同能载下摩擦膜的稳定性，降低了氧化磨损和颗粒状磨屑的产生，从而降低了磨损，并减少了能载和温度的影响。但是通过先驱体浸渍裂解法制备的BN，其层面间距d(002)比较大，且先驱体在高温裂解过程中易产生裂纹，孔洞。