[發(fā)明專利]乙醇分散碳化鈦碳化硅?碳纖維摩擦材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610014317.X
• 申請(qǐng)日: 2016-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN105622141B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐竹興;田帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B38/00
• 分類號(hào): C04B38/00;C04B35/84;C04B35/565;C04B35/56;C04B35/584;C04B35/622;C04B35/65
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳纖維和陶瓷材料復(fù)合的摩擦材料的制備方法，屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

摩擦材料目前主要采用的是碳纖維和碳（C/C）復(fù)合材料，由于C/C復(fù)合材料的耐磨性能相對(duì)較低，人們正在尋求耐磨性能更高的摩擦材料的制備方法。另外，C/C復(fù)合材料在潮濕的環(huán)境中，它的摩擦性能會(huì)降低，給使用帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能克服上述缺陷、實(shí)現(xiàn)制備更高強(qiáng)度、更高摩擦性能及適應(yīng)各種氣候條件的摩擦材料的制備方法。其技術(shù)方案為：

乙醇分散碳化鈦碳化硅-碳纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，將密度為0.1~1.8g/cm³石墨化的碳纖維毯進(jìn)行滲碳處理后進(jìn)行乙醇分散碳化鈦填充處理，再進(jìn)行沉積碳化硅處理，再進(jìn)行埋入滲硅處理，然后在氮?dú)鈿夥罩械幚碇频靡掖挤稚⑻蓟佁蓟?碳纖維摩擦材料，具體步驟如下：

（1）將密度為0.1~1.8g/cm³石墨化的碳纖維毯在900~1100℃溫度下通入丙烷氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，丙烷氣:氮?dú)獾哪柋葹?:4~6，流量控制在50~600ml/min，滲碳處理10~24小時(shí)獲得滲碳碳纖維毯；

（2）將上述滲碳碳纖維毯浸入粒度小于0.3μm含量為5~20%碳化鈦的乙醇漿料里，置于超聲波清洗器中填充碳化鈦處理30~50分鐘取出干燥后制得填充碳化鈦碳纖維毯；

（3）將上述填充碳化鈦碳纖維毯在900~1100℃溫度下通入三氯甲基硅烷氣、氫氣和氬氣的混合氣體，沉積碳化硅處理10~24小時(shí)獲得沉積碳化硅碳纖維毯，其中，三氯甲基硅烷氣:氫氣:氬氣的摩爾比為1:3~5:3~5，流量為50~600ml/min；

（4）將上述沉積碳化硅碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛下1500~1800℃的溫度下滲硅處理3~5小時(shí)制得滲硅碳纖維毯，其中，滲硅料為硅粉30~50%和直徑為0.5~3mm炭粒50~70%的混合物外加5~15%濃度為0.2~0.6%的聚乙烯醇水溶液均勻混合干燥后制得；

（5）將上述滲硅碳纖維毯在1350~1700℃的溫度下氮化處理10~24小時(shí)制得乙醇分散碳化鈦碳化硅-碳纖維摩擦材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)為：

1、本發(fā)明使用的碳纖維毯是石墨化的碳纖維毯，或石墨化的針刺碳纖維毯，或石墨化的編織碳纖維布，或石墨化的三維編織碳纖維織塊；

2、本發(fā)明制備的摩擦材料是由石墨化的碳纖維和碳化硅、碳化鈦、氮化硅復(fù)合的一種高強(qiáng)度、高摩擦性能、適應(yīng)各種氣候條件下的摩擦材料；

3、通過(guò)滲碳、填充碳化鈦、沉積碳化硅、埋入滲硅及氮化等步驟實(shí)現(xiàn)摩擦材料的制備，滲碳和沉積碳化硅兩個(gè)步驟是為了保護(hù)碳纖維表面不受破壞而在碳纖維表面賦予的炭涂層和碳化硅涂層，因?yàn)樵跐B硅的過(guò)程中碳化硅涂層會(huì)阻擋硅蒸汽的滲入，碳化硅涂層一旦滲漏，滲碳涂層與硅蒸汽反應(yīng)生成碳化硅進(jìn)一步阻擋硅蒸汽，從而保護(hù)碳纖維表面不受破壞；

4、碳纖維毯具有很高的氣孔率，單靠滲碳和沉積碳化硅會(huì)需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到致密化，制造成本很高，采用填充碳化鈦和埋入滲硅的方法填充碳纖維毯的空隙就會(huì)非常方便，省時(shí)省力，同時(shí)填充碳化鈦能夠進(jìn)一步提高摩擦材料的耐磨性能；

5、本發(fā)明利用滲碳碳纖維的柔韌性，通過(guò)超聲波的作用在乙醇漿料產(chǎn)生微泡，當(dāng)聲壓或者聲強(qiáng)到達(dá)一定程度時(shí)，微泡就會(huì)迅速膨脹，然后又突然閉合，微泡閉合的瞬間產(chǎn)生沖擊波，使微泡周圍產(chǎn)生約1012pa的壓力，將碳化鈦顆粒強(qiáng)制填充到碳纖維毯的空隙中，達(dá)到填隙的目的；

6、采用乙醇漿料分散碳化鈦填充處理，可以有效提高碳化鈦顆粒懸浮性能，提高填充效率，在氮化處理過(guò)程中形成的氮化硅將碳化鈦顆粒牢固地結(jié)合在一起；

7、由于滲入的金屬硅熔點(diǎn)較低為1420℃左右，摩擦材料工作面的溫度瞬時(shí)可達(dá)近2000℃，將金屬硅氮化生成氮化硅，形成微孔結(jié)構(gòu)的摩擦材料，可以大幅度提高摩擦材料工作面的耐受溫度，提高摩擦材料的使用壽命。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

（1）將密度為1.8g/cm³石墨化的碳纖維毯在900℃溫度下通入丙烷氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，丙烷氣:氮?dú)獾牡哪柋葹?:4，流量控制在50ml/min，滲碳處理24小時(shí)獲得滲碳碳纖維毯；

（2）將上述滲碳碳纖維毯浸入粒度小于0.3μm含量為5%碳化鈦的乙醇漿料里，置于超聲波清洗器中填充碳化鈦處理50分鐘，取出干燥后制得填充碳化鈦碳纖維毯；