[發明專利]一種碳基汽車剎車副的制備方法

有效

• 申請號: 201810426828.1
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108530096B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 邢少敏;張艷萍;董恒;周蕊
• 申請（專利權）人: 西安航空制動科技有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/573;C04B35/84;F16D69/02
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 王中興

本發明屬于碳基復合材料制造領域，涉及一種碳基汽車剎車副的制備方法。本發明包括以下步驟：步驟1，碳纖維預制體高溫熱處理；步驟2，CVD沉積；步驟3，中間高溫熱處理；步驟4，精加工；步驟5，RMI致密化過程；步驟6，最終高溫熱處理。本發明采用長纖維整體針刺氈為預制體，通過CVD增密及反應熔融浸漬工藝增密制備一種高性能碳基汽車剎車副，剎車性能穩定，安全可靠性高。

技術領域

本發明屬于碳基復合材料制造領域，涉及一種碳基汽車剎車副的制備方法。

背景技術

目前廣泛應用于高速列車、賽車和飛機上的剎車材料主要采用粉末冶金材料和碳碳復合材料。然而，粉末冶金剎車材料在高溫使用過程中易發生高溫粘結、摩擦性能衰退、高溫力學性能衰減及使用壽命短等現象；碳碳復合材料存在濕態摩擦系數低、“早晨病”、生產周期長及生產成本高的問題，制約其發展。因此，近年來發展的新一代碳/陶剎車材料，是以高強度碳纖維為增強體，以熱解碳、改性粉料等為基體的多相復合剎車材料，其具有密度低(約2.0g/cm³)、摩擦因數高、制動平穩、抗腐蝕、抗氧化、耐高溫以及使用壽命長等優點，該材料還具有較高的靜摩擦系數以及在惡劣的環境下(潮氣、霉菌和油污等)剎車性能具有更好的穩定性。德國斯圖加特大學和德國航天研究所等單位的研究人員研制出了碳纖維增強碳陶基復合材料剎車副應用于保時捷轎車；日本新干線已試用碳纖維增強陶瓷基復合材料閘瓦。

汽車剎車副是結構/功能一體化材料，既要有良好的摩擦磨損性能和熱學性能，又要具有足夠高的力學性能。與飛機剎車副相比，汽車剎車副所制備的材料與飛機剎車副一致。然而，汽車剎車副的剎車方式、摩擦磨損性能及對磨材料均有所不同，即汽車剎車副為鉗式剎車，即剎車副與剎車閘片對磨，剎車閘片摩擦面積僅為剎車副面積的20％左右；碳基汽車剎車副為碳基剎車副與其他材質剎車閘片對磨，要求剎車副的磨損遠小于剎車閘片的磨損。因此，相對于飛機剎車副的嚴酷要求，汽車剎車副在保證安全的條件下，成本和性能要求更低。

目前，國內外制備碳剎車副的主流方法為化學氣相滲透(CVI)工藝和樹脂浸漬-碳化工藝。而這兩種工藝存在沉碳效率低、表面易結殼、生產周期過長和工藝成本高等缺點。中南大學碩士學位論文《汽車制動用C/C-SiC復合材料的制備及性能研究》研究了一種汽車剎車片的制備方法，該方法以短纖維為原材料采用模壓成型-反應燒結方法制備C/C-SiC復合材料剎車片，其制備周期短、抗衰退性能好，但是其力學性能低、材料磨損率大。其次，《固體火箭技術》2008年第4期第31卷發表一篇論文《快速制備不同預制體C/C復合材料摩擦學性能研究》描述了一種以短纖維模壓氈為預制體，采用快速CVI工藝制備C/C復合材料的方法。與碳布疊層預制體結構相比，該方法提高了材料的摩擦磨損性能。但是與本發明相比，其C/C復合材料成品密度低、生產周期長、力學性能差、摩擦性能低。

發明內容

為克服傳統CVI工藝和樹脂浸漬-碳化工藝制備碳剎車副技術中存在的不足，CVI工藝是將碳纖維等多孔預制體先進行高溫熱處理，然后裝入化學氣相沉積爐內，在一定的溫度和壓力下，通入碳源氣進行裂解，生成的碳不斷沉積到預制體的孔隙中，使其逐步致密化，但存在沉碳效率低、表面易結殼、生產周期過長的缺點。而樹脂浸漬-碳化工藝為了進一步提高坯體的體積密度，需要對其進行反復致密化處理，從而造成后續工藝的成本明顯增大。本發明提出了一種生產周期短、機械性能更為優異的碳剎車副制備方法。

本發明的技術方案是：一種碳基汽車剎車副的制備方法，具體過程包括以下步驟：

步驟1，碳纖維預制體高溫熱處理

將碳纖維預制體放入熱處理爐內，抽真空至≤1KPa時升溫；當升溫至1400℃時，充Ar進行保護；繼續升溫至2100℃，保溫4h進行熱處理。

步驟2，CVD沉積