[发明专利]一种具有多层结构的碳陶制动盘及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有多层结构的碳陶制动盘及其制备方法，从内至外依次包含碳陶基体、陶瓷层、打底层、粘结层、摩擦层，所述碳陶基体以第一碳纤维预制体为增强体，碳、陶瓷为基体；所述陶瓷层以全网胎层为增强体，碳、陶瓷为基体；所述碳纤维预制体与全网胎层通过碳纤维针刺连接组合成第二碳纤维预制体，所述摩擦层为Si/SiC复合陶瓷层，其通过打底层、粘结层与陶瓷层、碳陶基体粘结为一体。本发明的碳陶制动盘，通过设置过渡的陶瓷层，避免了Si/SiC复合陶瓷层与碳陶基体之间的界面处的材料组分不均匀，且可以有效的缓解摩擦层与碳陶基体之间的热膨胀系数不匹配而产生的热应力，从而避免了Si/SiC复合陶瓷层的在高速制动过程中的剥落。

技术领域

本发明涉及一种具有多层结构的碳陶制动盘及其制备方法，属于碳纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺技术领域。

背景技术

碳纤维增强碳/碳化硅陶瓷基复合材料(C/C-SiC，简称碳陶)兼具有碳纤维的高强度、高韧性以及碳化硅陶瓷材料的高耐磨性等特点，因此，其可以作为一种高性能的摩擦材料应用于轨道交通或汽车制动领域。同时，碳陶复合材料又具有质量轻、耐高温以及稳定的制动摩擦系数，很好地符合当前轻量化以及节能环保的要求。

目前碳陶制动盘最后一步热工艺通常采用LSI工艺(也即：液相渗硅)对碳/碳复合材料进行陶瓷化，所获得的碳陶制动盘表面会出现碳纤维裸露或基体裸露的不均匀现象，导致在高速或/和高载制动过程中，制动盘面会达到1000℃以上的高温，裸露的碳纤维或基体碳容易被氧化而出现盘体当中块体剥落的问题，从而严重影响碳陶制动盘的制动性能。针对该问题目前提出了一些解决方案，比如：在碳陶制动盘表面形成一种耐磨及抗氧化的Si/SiC复合陶瓷层，可以很好对碳陶基体表面裸露的碳纤维或基体碳进行保护，防止其被氧化，同时，Si/SiC复合陶瓷层又具有优异的摩擦磨损性能，可以很好地满足碳陶制动盘对制动性能的要求。

然而，考虑到在天气寒冷的条件下，汽车行驶的道路上一般会通过撒一些诸如(NaCl、CaCl₂)的无机盐，通过降低道路冰雪结冰的冰点，以达到除冰除雪的目的。通过研究发现：对于表面具有Si/SiC复合陶瓷层的碳陶制动盘在这种低温盐碱环境下，在进行高速制动的过程中，表面的Si/SiC复合陶瓷层易表现出剥落的问题，通过研究发现，造成Si/SiC复合陶瓷层剥落的主要原因是由于Si/SiC复合陶瓷层与碳陶基体之间的界面处的材料组分不均匀，特别是存在一些硅团聚体，容易导致在低温盐碱环境的条件下制动过程出现Si/SiC复合陶瓷层的剥落；另外，Si/SiC复合陶瓷层与碳陶基体两种材料本身存在热膨胀系数不匹配，在高速制动过程中，带Si/SiC复合陶瓷层的碳陶制动盘会经受快速升温降温的过程，也会导致Si/SiC复合陶瓷层的剥落，最终会影响到碳陶制动盘的制动性能。

因此，提高Si/SiC复合陶瓷层与碳陶基体在低温条件下的粘结性能，对于改善具有Si/SiC复合陶瓷层的碳陶制动盘的制动性能具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种具有多层结构的碳陶制动盘及其制备方法，可有效地改善Si/SiC复合陶瓷层与碳陶基体之间在低温盐碱环境下的粘结性能，从而达到提高带Si/SiC复合陶瓷层的碳陶制动盘在低温盐碱潮湿条件下的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

本发明一种具有多层结构的碳陶制动盘，从内至外依次包含碳陶基体、陶瓷层、打底层、粘结层、摩擦层，所述碳陶基体以第一碳纤维预制体为增强体，碳、陶瓷为基体；所述陶瓷层以全网胎层为增强体，碳、陶瓷为基体；所述碳纤维预制体与全网胎层通过碳纤维针刺连接组合成第二碳纤维预制体，所述摩擦层为Si/SiC复合陶瓷层，其通过打底层、粘结层与陶瓷层、碳陶基体粘结为一体。