[发明专利]一种碳纤维增强碳化硅刹车盘的制备方法

说明书

本发明涉及一种碳纤维增强碳化硅刹车盘的制备方法，属于刹车制动材料技术领域。先将短切碳纤维进行热处理，然后将混合长度的短切碳纤维与树脂以及添加剂混合均匀后放入模压机中模压，再在氮气或惰性气体保护气氛下进行高温裂解，最后在真空熔渗炉中进行硅熔渗，得到碳纤维增强碳化硅刹车盘。本发明所述方法采用混合长度的短切碳纤维为原料，在固态环境下通过模压、裂解、熔渗制备出刹车盘，方法简单、周期短、原料来源广泛、成本低，而且制备出的碳陶刹车盘有着优异的性能，具有很好的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强碳化硅刹车盘的制备方法，属于刹车制动材料技术领域。

背景技术

刹车盘在汽车运行中主要起降速或者急停的作用，在突发状况下关乎人的生命安全，因此尤为重要。由于刹车会产生短暂的较大冲击摩擦力并生成大量的热能，要求刹车盘的材料应该具有耐热、耐冲击、耐疲劳、高强度等性能。传统上刹车材料多采用耐高温的灰铸铁，但是随着汽车不断轻量化和高速化，密度较重的铸铁、石墨钢在质量和氧化问题上显得不太适合了。C_f/SiC复合材料因其高硬度、优越的摩擦性能以及可以大幅降低摩擦制动材料的质量，所以可在航空及高端汽车行业被用作制动件。

目前碳陶刹车盘的制备方法，加工费时且复杂，加工成本也较高，如以下文献和专利公开的制备方法：

专利公开号CN110483086A公开的一种碳陶刹车盘的制备方法，具体流程为：制备碳纤维预制体；对预制体进行化学气相沉积制备C/C复合材料；将C/C复合材料加工成单元模块；粘结制备C/C刹车盘；反应融体渗透制备碳陶刹车盘。该方法制备的纤维预制体为三维针刺结构碳纤维预制体，使用的纤维以长纤维为主，该类方法加工时间长、费料，所以成本也较高，而且该刹车盘为单元模块粘结而成，粘结处容易分层，材料的整体力学性能偏低。

文献:“刘彦平.C_f/SiC复合材料表面残余应力研究[D].国防科学技术大学,2009.”公开了一种碳陶刹车盘的制备方法：首先用酚醛树脂对短切碳纤维进行浸渍，经过干燥成型后制得碳纤维增强酚醛树脂(CFRP)，CFRP通过高温裂解反应形成C/C素坯，将C/C素坯置于炉中进行真空石墨化处理后，再放入真空热压炉中进行硅熔渗，得到碳纤维增强碳化硅基体。这种工艺需将短切纤维进行浸渍，由于需要在液体环境下进行原始材料的混合，所以加工费时复杂，加工成本也较高，且不利于加工出具有复杂形状的产品。

专利公开号CN107266075A公开了一种多层对称梯度结构的C/C-SiC复合材料的制备方法。采用了短切纤维、纤维平纹布、酚醛树脂和工业硅粉为原材料，通过模压、裂解碳化、熔渗等工艺制备得到上述材料。虽然该方法采用了短切纤维降低了成本，而且在固态环境下进行模压简化了加工工艺，但是由于采用多层结构，层与层之间的结合较差，该方法制备的刹车盘力学性能不均匀，受力时容易脱离、分层。

发明内容

基于现有技术中存在的不足，本发明提供一种碳纤维增强碳化硅刹车盘的制备方法，该方法采用混合长度的短切碳纤维为原料，在固态环境下通过模压、裂解、熔渗制备出刹车盘，方法简单、周期短、原料来源广泛、成本低，而且制备出的碳陶刹车盘有着优异的性能，具有很好的市场应用前景。

本发明采用的技术方案如下：

一种碳纤维增强碳化硅刹车盘的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)将短切碳纤维置于600℃～800℃下热处理2h～4h；

(2)先将热处理后的混合长度的短切碳纤维与树脂以及添加剂混合均匀，再放入模压机中模压得到毛坯板；

其中，短切碳纤维的长度为2mm～20mm，混合长度的短切碳纤维包含三种或三种以上不同长度的短切碳纤维，树脂为酚醛树脂或环氧树脂，添加剂为C或SiC，混合长度的短切碳纤维、树脂和添加剂之间的质量比为3:3:(5～8)；