[發明專利]炭纖維增強炭-碳化硅雙基體摩擦材料的制備方法

有效

• 申請號: 200910042779.2
• 申請日: 2009-03-04
• 公開（公告）號: CN101486588A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 肖鵬;李專;韓團輝;熊翔
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/52;C04B35/565;C04B35/622;F16D69/02
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所
• 代理人: 鄧建輝

技術領域

本發明涉及一種炭纖維增強炭-碳化硅雙基體(C/C-SiC)摩擦材 料的制備方法，具體說是“溫壓-炭化-熔硅浸滲”工藝，該工藝可 用來制備高性能C/C-SiC摩擦材料。

背景技術

炭纖維增強炭-碳化硅雙基體(C/C-SiC)復合材料是二十世紀末 發展起來的新一代高性能摩擦材料。具有密度低、抗氧化、耐腐蝕、 摩擦系數高而且穩定，磨損小，制動比壓大，制動系統體積小和導熱 性好等一系列優異性能，尤其能克服C/C制動材料靜態和濕態摩擦系 數低的缺點，能保障動力機械在高速度、大功率時的制動安全性，能 大幅度提高制動效率及摩擦材料的使用壽命。因此，C/C-SiC材料被 公認為是極具競爭力的新一代摩擦材料，在高速列車、汽車、飛機等 領域具有廣泛應用前景，我國和德國、美國等均陸續展開了相關研究。

研究報道的C/C-SiC摩擦材料制備方法主要包括化學氣相滲透與 熔硅浸滲的結合工藝，聚炭硅烷轉化和熔硅浸滲的結合工藝，以及溫 壓-原位反應法等。化學氣相滲透法是制備纖維增強陶瓷基復合材料 最有前途的方法之一，其顯著特點是能在較低的溫度進行陶瓷基復合 材料的制備，但制備厚壁部件易產生“瓶頸”效應，材料內部產生較 大的密度梯度，工藝制備周期長、成本高。聚炭硅烷轉化法不需要特 殊的設備，工藝較簡單，但采用此方法得到的為無定型基體，材料性 能較差。熔硅浸滲法制備周期短、成本低，但浸滲過程中熔硅易與炭 纖維反應對其造成損傷，導致力學性能較低，因此一般首先采用其它 方法對材料中炭纖維制備保護層后再采用熔硅浸滲法制備碳化硅基 體。溫壓-原位反應法制備周期短，成本低，制備的C/C-SiC摩擦材 料摩擦系數高，但材料致密度較低，力學性能較低、韌性較差。

中南大學肖鵬等發明的“一種炭/炭-碳化硅陶瓷制動襯片的制 造工藝”獲得了國防發明專利(專利號：ZL200510000623.X)，主 要是以短炭纖維、樹脂、工業硅粉和石墨粉為原材料，采用溫壓-原 位反應法制造炭/炭-碳化硅陶瓷制動襯片。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種制備周期短、成本低、可 工程化且所制備的復合材料具有較高的力學性能和優異的摩擦磨損 性能的炭纖維增強炭-碳化硅雙基體摩擦材料的制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明所提供的炭纖維增強炭-碳化硅 雙基體摩擦材料的制備方法，采用短切炭纖維、石墨粉、工業硅粉和 粘結劑冷壓成炭纖維增強石墨粉和硅粉的(C/C-Si)塊體材料，將制 得的C/C-Si塊體材料進行機械破碎并且造粒，然后將顆粒溫壓成 C/C-Si素坯，將C/C-Si素坯炭化制得C/C-Si多孔體，最后對C/C-Si 多孔體進行非浸泡式定向熔硅浸滲制得炭纖維增強炭-碳化硅雙基體 (C/C-SiC)材料，該方法包括下列步驟：

(1)冷壓

采用長度為2～15mm的短炭纖維為增強體，以粒度分別為 0.075～0.30mm和0.01～0.1mm的石墨粉和工業硅粉為填充劑(也可 以不添加工業硅粉，而通過延長后續熔硅浸滲的時間補充)，以粒度 為0.01～0.50mm樹脂粉(可以是酚醛樹脂、呋喃樹脂和環氧樹脂中 的一種或者混合物)或瀝青粉為粘結劑，將其按一定配比(體積含量 分別為10～18％炭纖維、30～45％石墨粉、0～10％的硅粉和25～40％酚 醛樹脂粉)的原材料混合后在常溫下冷壓成密度為1.10～1.50g/cm³的C/C-Si塊體材料，冷壓壓力為2.0～5.0Mpa，保壓時間為5～20min；

(2)破碎造粒

將制得的C/C-Si塊體材料進行機械破碎并且造粒，要求最終的 C/C-Si顆粒粒徑在5～15mm之間的占70～80％，同時顆粒外觀呈不規 則形狀；

(3)預熱

將破碎制得的C/C-Si顆粒均勻鋪平后在烘箱中進行80～150℃ 預熱，同時使粘結劑發生部分分解，保溫時間為0.5～1.5h；

(4)溫壓

將預熱后的顆粒裝入模具溫壓成密度為1.0～1.70g/cm³的 C/C-Si素坯，壓制壓力為2.0～10.0Mpa、溫度為150～200℃、保壓 時間為20～50min；

(5)固化