[發明專利]一種利用靜電自組裝技術提高碳陶剎車盤防氧化性的方法

有效

• 申請號: 201710539715.8
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107141006B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 孟慶桓
• 申請（專利權）人: 浙江藍天知識產權運營管理有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/628;C04B35/622;C04B35/65
• 代理公司: 藍天知識產權代理(浙江)有限公司 33229
• 代理人: 周緒洞

本發明涉及一種利用靜電自組裝技術提高碳陶剎車盤防氧化性的方法，屬于剎車盤技術領域。本發明利用靜電自組裝的方式在碳纖維的表面包覆上納米溶膠，具有包覆效果均勻，將制備得到的剎車盤應用于氧化條件下的試驗時，具有耐氧化性能好的優點。

技術領域

本發明涉及一種利用靜電自組裝技術提高碳陶剎車盤防氧化性的方法，屬于剎車盤技術領域。

背景技術

目前正在使用的剎車材料主要有三類，金屬基剎車盤、碳碳材料剎車盤和碳陶剎車盤。碳陶剎車盤是采用碳纖維增強碳化硅基復合材料制作而成的一種剎車盤。碳陶剎車盤結合了碳纖維和多晶碳化硅這兩者的物理特性。C/SiC材料的拉斷伸長率從 0.1% 到0.3% 不等，這對于陶瓷材料而言是極高的數值。同時由于較輕的重量、良好的硬度、高壓和高溫條件下的穩定性、抗熱沖擊性和同韌性剪切斷裂特性等特點不但延長了剎車盤的使用壽命，并且避免了因負載而產生的所有問題。

碳陶剎車系統的一個顯著特征是它是采用陶瓷復合材料制造而成。碳陶剎車片本身及兩側的摩擦層均由碳纖維增強碳化硅材料制成。主要基體成分有碳化硅(SiC)和工業硅(Si)。碳纖維(c)增強了材料的強度。主要基體成分碳化硅決定著復合材料的硬度。碳纖維的作用是提高材料的機械強度并為材料提供技術應用中所需的斷裂韌度。陶瓷復合材料的同韌性剪切斷裂特性為其抗高熱負載和機械負載|生能提供了保障。因此，碳纖維增強碳化硅材料完美結合了碳纖維增強碳( c/c)和多晶碳化硅陶瓷這兩者的物理特性。這對于陶瓷材料而言是極高的數值。正因為具有這些特征，碳纖維增強碳化硅才成為高性能剎車制動系統的首選材料：尤其是較輕的重量、良好的硬度、高壓和高溫條件下的穩定性、抗熱沖擊性和同韌性剪切斷裂特性等特點延長了碳陶剎車片的使用壽命，并避免了傳統灰鑄鐵剎車片因負載而產生的所有問題。

碳陶剎車盤擁有良好的高溫力學性能和熱性能，在惰性環境中超過2 000℃仍能保持強度、模量等力學性能不降低，擁有良好的斷裂韌性和耐磨性能、低線膨脹系數、高熱導率、高氣化溫度和良好的抗熱震性能，但是在氧化性氣氛中，高于400℃碳纖維就會氧化，材料性能降低，導致材料失效。這是影響碳纖維增強陶瓷基復合材料在氧化性氣氛中長效應用的致命弱點，為此必須解決材料的抗氧化性問題。

碳纖維增強陶瓷基復合材料的抗氧化性研究主要集中在兩個方面：(l)通過對基體材料的處理來增強材料的抗氧化性能，如通過在基體孔隙中滲入融熔Si和Cr反應生成Cr₃Si來增強抗氧化性制，或者通過在碳纖維表層形成B化合物膜層來增強材料抗氧化性，或者通過整體抗氧化涂層增強材料的抗氧化性能。在兩種處理方式中，整體抗氧化涂層更為有效。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于：陶碳剎車盤的耐氧化性不好，采用的關鍵技術是利用分子自組裝技術提高碳纖維表面硅烷的包覆性，使在氧化條件下碳纖維的耐氧化性能得到提高。

為解決上述問題，采用了如下技術手段：

一種利用靜電自組裝技術提高碳陶剎車盤防氧化性的方法，包括如下步驟：

第1步，碳纖維的增密處理：碳纖維裝載在真空碳管爐中，進行沉積增密；

第2步，碳纖維的石墨化處理：將第1步得到的碳纖維在高溫下進行石墨化處理；

第3步，碳纖維的活化處理： 將第2步得到的碳纖維用硝酸和硫酸的混合溶液中浸泡，浸泡后濾出后用水洗滌至中性后烘干；

第4步，碳纖維的羧基改性：按重量份計，將第3步得到的碳纖維22～30份與羧基改性混合液18～25份混合，升溫反應，所述的羧基改性混合液是由90～95wt%的濃硫酸和30～35wt%的過氧化氫溶液混合而成，反應結束后，將碳纖維過濾出，再用去離子水洗滌、干燥，得到羧基改性碳纖維；