[發(fā)明專利]超聲波分散碳化鉭碳化硼?碳纖維摩擦材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610014387.5
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN105481456B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐竹興
• 申請（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;C04B35/80;C04B35/563;C04B35/56;C04B35/591;C04B35/65;C04B35/622;C04B35/634
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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：

超聲波分散碳化鉭碳化硼-碳纖維摩擦材料的制備方法是將密度為0.1~1.8 g/cm³石墨化的碳纖維毯進(jìn)行滲碳處理后進(jìn)行沉積碳化硼處理，再進(jìn)行超聲波分散碳化鉭填充處理，再進(jìn)行埋入滲硅處理，然后在氮?dú)鈿夥罩械幚碇频贸暡ǚ稚⑻蓟g碳化硼-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在900~1100℃溫度下通入三氯化硼、甲烷、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯化硼:甲烷:氫氣:氬氣的摩爾比為1:1~2:3~6:4~6，流量控制在50~600ml/min，沉積碳化硼處理10~24小時(shí)獲得沉積碳化硼碳纖維毯；

（3）將上述沉積碳化硼碳纖維毯浸入粒度小于0.3μm含量為5~20%碳化鉭的漿料里，置于超聲波清洗器中填充碳化鉭處理30~50分鐘，取出干燥后制得填充碳化鉭碳纖維毯，其中，漿料為含聚丙烯酸銨0.5~1.5%pH值為9~11的水溶液；

（4）將上述填充碳化鉭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)制得超聲波分散碳化鉭碳化硼-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碳纖維和碳化鉭、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、通過滲碳、沉積碳化硼、填充碳化鉭、埋入滲硅及氮化等步驟實(shí)現(xiàn)摩擦材料的制備，滲碳和沉積碳化硼兩個(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硼涂層，因?yàn)樵跐B硅的過程中碳化硼涂層會(huì)阻擋硅蒸汽滲入，碳化硼涂層一旦滲漏，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硼會(huì)需要很長時(shí)間才能達(dá)到致密化，制造成本很高。采用填充碳化鉭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)填充碳化鉭能夠進(jìn)一步提高摩擦材料的耐磨性能；

5、本發(fā)明利用超聲波聲的作用在漿料中產(chǎn)生微泡，當(dāng)聲壓或者聲強(qiáng)達(dá)到一定程度時(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，將碳化鉭顆粒強(qiáng)制填充到沉積碳化硅碳纖維毯的空隙中，達(dá)到填隙的目的；

6、采用漿料分散碳化鉭填充處理，可以有效提高碳化鉭顆粒懸浮性能，提高填充效率，在氮化過程中生成的氮化硅將碳化鉭顆粒牢固地結(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；