[发明专利]碳陶复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于碳陶复合材料制备领域，具体涉及一种碳陶复合材料及其制备方法。其包括如下步骤：(1)在碳纤维表面包覆粘结浆料得到预处理碳纤维，其中，所述粘结浆料由粘结剂溶解于溶剂中制成；(2)制备含有碳粉和硅粉的陶瓷粉体，其中硅与碳的摩尔比大于1∶1；(3)对所述预处理碳纤维进行编织得到网状的预处理碳纤维预制体，将所述陶瓷粉体填充在所述网状的预处理碳纤维预制体的空隙中，形成碳陶复合材料预制体；(4)烧结所述碳陶复合材料预制体得到碳陶复合材料，由此得到的碳陶复合材料具有更好的韧性和抗压强度，且其作为摩擦材料磨损量小。

技术领域

本发明属于碳陶复合材料制备领域，具体涉及一种碳陶复合材料及其制备方法。

背景技术

碳陶复合材料是碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料，其具有密度低、抗氧化性能好、耐腐蚀等特点，而且作为刹车材料具有碳盘密度低、刹车平稳、磨损失重率小等优势，因此在摩擦材料领域引起了越来越多的关注和研究。其传统的制备工艺主要包括化学气相沉积法和液体浸渍法，化学气相沉积法是先制备碳盘(将碳纤维编织成产品所设计的形状)，然后在一定的温度条件下以含氢氯硅烷熏蒸，反复多次，直至致密化，该方法工艺周期长达2-3个月，能耗大，成本高。液体浸渍法是先制备碳盘和聚硅烷或聚硅烷碳，然后在真空、氮气或氩气的保护的条件下，将聚硅烷或聚碳硅烷渗入碳盘中，再热处理，反复多次，直至致密化，该方法中聚硅烷或聚碳硅烷的制备工艺复杂且成本高。因此开发出一种低成本、快速成型的碳陶复合材料制备方法已成为研究的热点和重要的发展发向。

3D打印技术是20世纪80年代后期发展起来的一项先进制造技术，其可以直接根据产品设计数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型，大大缩短产品的加工周期，降低研制成本。将3D打印技术应用于碳陶复合材料的制备可很好的弥补现有技术存在的问题。

为此，中国专利文献CA106927847A公开了一种基于3D打印技术的纤维增强陶瓷复合材料成形方法及装置。其成型方法中包括：(1)连续增强陶瓷纤维持续供给主打印头，同时，陶瓷浆料通过浆料入口B供给到主打印头，压缩气体从A口通入，提供均匀压强；(2)主打印头喷嘴处的陶瓷浆料包裹住连续纤维并在压缩气体的压力下从喷嘴处挤出，(3)引发剂从引发剂喷头口喷射出，以雾态形态喷洒到打印出的陶瓷浆料上，陶瓷浆料在紫外灯光照射和引发剂的双重作用下凝固，由此打印出当前截面；(4)当完成模型当前一层的截面后，升降装置将带着工作台一起下降一个分层厚度，重复上述步骤，直至零件完成；(5)将打印完成的零件在紫外灯下照射固化，并对固化后的零件进行脱脂和高温烧结，即得到纤维增强陶瓷基复合材料的成形。通过该方法可得到具有一定的韧性和强度的纤维增强陶瓷零件，但该方法中连续纤维和陶瓷浆料之间的界面结合能力差，其韧性和强度均有待提高，且作为摩擦材料其磨损量大。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中基于现有技术制备得到的碳陶复合材料的韧性、抗压强度差和磨损量大的缺陷，从而提供一种碳陶复合材料的制备方法，由该方法得到的碳陶复合材料具有更好的韧性和抗压强度，且其作为摩擦材料磨损量小。

本发明的技术方案如下：

一种碳陶复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)在碳纤维表面包覆粘结浆料得到预处理碳纤维，其中，所述粘结浆料由粘结剂溶解于溶剂中制成；(2)制备含有碳粉和硅粉的陶瓷粉体，其中硅与碳的摩尔比大于1：1；(3)对所述预处理碳纤维进行编织得到网状的预处理碳纤维预制体，将所述陶瓷粉体填充在所述网状的预处理碳纤维预制体的空隙中，形成碳陶复合材料预制体；(4)烧结所述碳陶复合材料预制体得到碳陶复合材料。

所述步骤(3)包括，对所述预处理碳纤维进行编织得到网状的预处理碳纤维层，将所述陶瓷粉体填充在所述预处理碳纤维层的空隙中，形成碳陶复合材料层；重复操作，得到由若干层碳陶复合材料层重叠形成的碳陶复合材料预制体。

所述步骤(1)中，以质量百分数计，所述粘结浆料的浓度为5％-40％，所述粘结剂为环氧树脂、酚醛树脂或改质沥青中的一种或多种。