[發明專利]一種軸承用炭/炭-碳化硅復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201410141041.2
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103922777A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 白瑞成;李波;李愛軍;周春節;孫晉良
• 申請（專利權）人: 上海大學;白瑞成;李愛軍
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/83;C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 上海宏威知識產權代理有限公司 31250
• 代理人: 金利琴

技術領域

本發明涉及一種軸承用炭/炭-碳化硅（C/C-SiC）復合材料的制備方法，具體涉及一種質量輕、成本低、強度高、磨損率低C/C-SiC復合材料的制備方法。屬于高性能復合材料工藝制備技術。

背景技術

C/C-SiC復合材料具有耐高溫、密度低、耐磨性好、耐腐蝕性好，以及優異的摩擦磨損性能等優點，因此作為剎車盤已經應用于航空航天及高檔汽車領域。其還具有自潤滑性能，可被用于軸承材料。目前固體自潤滑軸承采用金屬基材和固體潤滑劑的復合，可在高溫、低速、重載、不易形成潤滑油膜或油膜易失效的惡劣特殊條件下，實現無油自潤滑，達到磨損慢及壽命高的目的，但是不能應用于高速和有污染場合。將炭/炭-碳化硅復合材料用于無油潤滑、含油潤滑、少油潤滑等機械易損件，特別是在高速和有污染的場合等惡劣工況下，將有利于延長機器的維修周期，減少潤滑油的使用，減輕設備重量、提高生產效益。目前制備C/C-SiC復合材料主要有化學氣相滲透（CVI）、先驅體浸漬裂解（PIP）和反應熔滲(RMI)工藝[肖鵬等,C/C-SiC陶瓷制動材料的研究現狀與應用.中國有色金屬學報,2005.15(5):667-674]。與CVI和PIP工藝相比，RMI工藝制備C/C-SiC復合材料，具有制備周期短、成本低、殘余孔隙率低和近凈成形等優點[Mühlratzer?A,Production,properties?and?applications?of?ceramic?matrix?composites.C/Fiber?DKG,1999.76(4):30-35]。肖鵬等[SiC含量對C/C-SiC摩擦材料摩擦磨損性能的影響.粉末冶金材料科學與工程,2012(01):121-126]采用反應熔滲法制備C/C-SiC復合材料，并研究了SiC含量對材料摩擦磨損性能的影響，結果表明C/C-SiC復合材料的摩擦系數隨著SiC含量的增加先上升后下降。Shi?Qilong等[Effect?of?pyrolytic?carbon?content?on?microstructure?and?tribological?properties?of?C/C-SiC?brake?composites?fabricated?by?isothermal?chemical?vapor?infiltration[J].Solid?State?Sciences,2012,14:26-34]yan]研究了熱解炭含量對C/C-SiC復合材料的微觀結構及摩擦磨損性能的影響，發現材料的摩擦系數隨熱解炭含量的增加先升后降。制備溫度、滲硅時間和C/C多孔體孔隙率的熱解炭含量、石墨化度都會對C/C-SiC復合材料的性能產生影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種軸承用殘余硅少、磨損率低的炭/炭-碳化硅（C/C-SiC）復合材料的制備方法。

為實現上述目的，本發明提出的一種軸承用炭/炭-碳化硅復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）用聚丙烯腈預氧化纖維經針刺制得炭纖維整體氈，或以無緯布與網胎交替層疊經針刺制得無緯布炭纖維整體氈；

（2）將步驟（1）制得的炭纖維整體氈和無緯布炭纖維整體氈在900～1000℃進行炭化處理，得到密度為0.15～0.30g·cm^-3的炭纖維整體氈和密度為0.4～0.6g/cm³的無緯布炭纖維整體氈；

（3）采用化學氣相滲透法進行增密，將經步驟（2）制得的所述炭纖維整體氈或無緯布炭纖維整體氈放入化學氣相滲透爐中，升溫至900～1100℃，通入C₃H₆氣體與Ar氣混合氣體后制得C/C多孔預制體；

（4）每次化學氣相滲透工藝后對制得的C/C多孔預制體進行表面處理并重復步驟（3），直到C/C多孔預制體的密度為1.3～1.5g/cm³；

（5）將步驟（4）中制備的材料在Ar氣保護氣氛下進行2350～2600℃高溫處理；

（6）將步驟（5）中制備的材料采用樹脂浸漬裂解工藝進行增密，即用呋喃樹脂進行浸漬-固化-炭化處理，在Ar氣保護氣氛下，對C/C多孔預制體進行2250～2600℃高溫熱處理制得密度為1.35～1.75g/cm³的C/C多孔預制體；