[发明专利]一种轨道交通刹车盘用Cf-SiC复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及Cf‑SiC复合材料制备技术领域，且公开了一种轨道交通刹车盘用Cf‑SiC复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将40～60份碳化硅(SiC)陶瓷粉和硅烷偶联剂一起进行一次球磨处理，得到一次球磨产物；步骤二：将一次球磨产物和40～60份碳纤维粉(Cf)一起进行二次球磨处理，得到二次球磨产物；步骤三：将二次球磨产物经过热压高温烧结处理，制备得到轻质、高致密度、低孔隙率、摩擦性能优异的Cf‑SiC复合材料。本发明解决了目前用于制备Cf‑SiC复合材料的化学气相渗透法(CVI)，存在的制备出的Cf‑SiC复合材料的致密度较低(一般都存在10～15％的孔隙率)的技术问题的技术问题。

技术领域

本发明涉及Cf-SiC复合材料制备技术领域，具体为一种轨道交通刹车盘用Cf-SiC复合材料的制备方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，飞机逐渐向高速、重载、安全舒适等方向发展，从而使得作用于刹车装置上的热载荷剧烈增加。例如飞机着陆制动时，刹车盘摩擦表面温度高达1000～1100℃，大型超音速飞机和战斗机着陆时的制动温度可高达1300℃；此外，刹车材料在经受数百次高温冲击下仍然要保持稳定的机械性能，承受住高温、高应力、高热冲击的考验。这就迫切要求不断研究高比热、高温下具有足够强度的高性能刹车材料以满足现代交通工具在重载及超重载刹车条件下工作的需要。

碳/碳(C/C)复合刹车材料的研究成功，是飞机制动技术上的重大突破，是否采用碳刹车装置已成为衡量现代航空机轮水平的重要标志之一。碳/碳复合材料具有重量轻、模量高、比强度大、抗烧蚀、耐磨蚀等一系列优异性能，尤其是在高达2204℃时强度仍不降低，这是其他材料如金属材料、树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷材料等所无法比拟的。

虽然C/C摩擦材料在飞机上有了广泛的应用，但是C/C摩擦材料存在静态摩擦系数低、生产周期长、成本昂贵及易于氧化、湿态摩擦系数低等诸多缺点。如C/C复合材料在惰性气氛中使用温度升高至2500℃时强度不降低，但是在空气中当温度超过450℃时明显地被氧化。由于氧化会导致C/C复合材料材质疏松、金属机械加固件和传动齿部位松动、摩擦磨损性能和热物理性能降低，造成刹车失效甚至发生事故。虽然现已开发出基体抗氧化工艺用于C/C刹车盘的防氧化保护，但是其防氧化效果很有限，而且影响基体的摩擦磨损性能。新开发出的表面涂层防氧化措施只适合于C/C飞机刹车盘非摩擦面的防氧化，且在冷热循环使用过程中由于热膨胀系数的不匹配和热应力，涂层易产生裂纹和剥落，导致防氧化性能变差，甚至失效。此外，C/C刹车盘还存在“早晨病”，即当飞机在夜间停放时，潮湿空气会进入C/C刹车盘表面孔隙内部，早晨首次刹车时，吸附了大量潮湿空气的刹车盘在刹车时温度升高，水分随之汽化并进入摩擦界面形成一层气膜，摩擦系数就会明显下降，直到水分蒸发干净，摩擦系数和刹车力矩才会恢复常态，因而出现飞机早晨首次刹车时刹不住车的现象，即湿态摩擦系数低。

以上种种缺陷使得C/C刹车盘很难应用于轨道交通如火车以及各种紧急制动系统中,从而制约了它的进一步发展和应用。这就迫切需要研究一种新型的摩擦材料克服C/C摩擦材料的摩擦性能缺陷。

与传统的金属、半金属和碳/碳复合材料相比，碳纤维增强碳化硅陶瓷颗粒(Cf-SiC)复合材料具有密度低、摩擦系数稳定、磨损量小、制动比大和使用寿命长等突出优点，在高速列车领域具有广泛的应用前景。目前制备Cf-SiC复合材料最常用的方法是化学气相渗透法(CVI)，然而CVI的缺点是：制备出的Cf-SiC复合材料的致密度较低(一般都存在10～15％的孔隙率)。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种轨道交通刹车盘用Cf-SiC复合材料的制备方法，解决了目前用于制备Cf-SiC复合材料的化学气相渗透法(CVI)，存在的制备出的Cf-SiC复合材料的致密度较低(一般都存在10～15％的孔隙率)的技术问题。

(二)技术方案