[發明專利]一種含Ti3SiC2相的碳纖維增強陶瓷基體摩擦材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710259045.4
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN107010985B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 李鵬濤
• 申請（專利權）人: 湖南中南智造新材料協同創新有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/84;C04B35/565;C04B35/56;C04B35/80;C04B35/65
• 代理公司: 43114 長沙市融智專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 顏勇

本發明具體涉及一種含Ti3SiC2相的炭纖維增強陶瓷基體摩擦材料及其制備方法。所述含Ti3SiC2相的炭纖維增強陶瓷基體摩擦材料，以質量百分比計包括下述組成：Ti3SiC210?30wt.％、SiC10?30wt.％、單質Si小于0.8wt.％。其制備方法為：采用連續纖維布與短切炭纖維網胎層穿刺所制備的纖維預制體先化學氣相沉積熱解炭后，依次按浸漬處理、固化處理、碳化處理的方式對其進行處理，得到密度為1.0?1.3g/cm^?3的炭/炭多孔體；最后進行非浸泡式熔融滲硅以獲得碳纖維增強陶瓷基體材料。本發明組份設計合理，制備工藝簡單，便于大規模的工業化應用。

技術領域

本發明涉及一種低成本的碳纖維增強陶瓷摩擦材料的制備方法。具體涉及一種含Ti3SiC2相的碳纖維增強陶瓷基體摩擦材料及其制備方法。

背景技術

碳纖維增強炭-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。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。目前熔硅浸滲法仍然存在制備周期較長、成本相對較高，且所制備的材料在摩擦過程中由于殘余Si的不均勻分布容易引起制動過程不平穩且磨損率較大等一些列的問題。

本發明的目的在于提供一種低成本、致密度高、單質Si含量低、摩擦性能優異且可工程化、含Ti3SiC2相的碳纖維增強陶瓷基體復合材料及其制備方法。本發明不僅大大縮短了碳纖維增強陶瓷基復合材料的制備周期，而且所制備的復合材料具有較好磨擦磨損、導熱性能。

本發明一種含Ti3SiC2相的碳纖維增強陶瓷基體摩擦材料，以質量百分比計包括下述組成：

Ti3SiC2 10-30wt.％、優選為12-28wt.％；

SiC 10-30wt.％，優選為18-23wt.％

單質Si小于0.8wt.％。優選為0.4-0.8wt.％。

本發明一種含Ti3SiC2相的碳纖維增強陶瓷基體摩擦材料，還包碳質組分。所述碳質組分包括碳纖維、熱解炭、石墨、炭黑等。作為優選，本發明一種含Ti3SiC2相的碳纖維增強陶瓷基體摩擦材料由Ti3SiC2、SiC、小于0.8wt.％的單質Si以及碳質組分組成。

本發明一種含Ti3SiC2相的碳纖維增強陶瓷基體摩擦材料的制備方法，包括下述步驟：

步驟一

將碳纖維預制體置于沉積爐中，通過CVI沉積熱解炭增密，增密幅度為0.1～0.4g/cm³；得到含有熱解炭的碳纖維預制體；

步驟二

依次按浸漬處理、固化處理、碳化處理的方式對步驟一所得含有熱解炭的碳纖維預制體進行處理，得到密度為1.0-1.3g/cm^-3的碳/碳多孔體；