[發明專利]一種碳陶制動盤及其制備方法

有效

• 申請號: 202011263854.0
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112377547B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 朱蘇華;鮑思權;劉翼君;周娩紅
• 申請（專利權）人: 湖南世鑫新材料有限公司
• 主分類號: F16D69/02
• 分類號: F16D69/02;F16D69/00;C09K3/14
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發明涉及一種碳陶制動盤及其制備方法，屬于制動設備開發技術領域。所述碳陶制動盤包括A部分和B部分；所述A部分包括預結合體I，所述預結合體I包括碳纖維束網、第一網胎層、第二網胎層、所述碳纖維束網位于第一網胎層、第二網胎層之間；所述B部分包括碳纖維預制體；所述預結合體I與碳纖維預制體通過針刺的方式結合成一個整體C；然后往整體C中引入碳、陶瓷和/或金屬，得到碳陶制動盤。所設計的制備方法為：將編織好的預制體預結合體I通過針刺的方式結合起來；然后高溫熱處理、化學氣相滲透、浸漬?固化、高溫熔滲處理得到產品。本發明產品結構設計合理，制備工藝簡單可控，所得產品性能優良，便于工業化應用。

技術領域：

本發明涉及一種碳陶制動盤及其制備方法，屬于制動設備開發技術領域。

背景技術：

碳纖維增強炭、碳化硅復合基材料(簡稱碳陶復合材料)由于具有低密度、高強度以及優異的耐磨性性能，其可以作為新一代制動材料應用于汽車或軌道交通領域，相比于傳統的制動材料，碳陶制動材料的使用壽命可以延長好幾倍，同時也滿足輕量化的要求，符合當前社會提出的節能減排的發展需求。因此，碳陶復合材料作為新一代摩擦材料應用于機動車領域具有重要意義。

然而，碳陶復合材料作為摩擦材料在實際應用過程中，存在一些不足：在制動過程中，特別是在高能制動的情況下，摩擦界面會產生大量的熱而導致摩擦界面的溫度快速升高，從而造成界面處的碳纖維與碳基體出現氧化材料甚至剝落的現象，最終會加速材料的磨損，影響材料的使用壽命，同時制動的性能也會受到較大的影響。

為了改善碳陶復材料的耐磨損性能，專利CN110606763A提出一種表面純陶瓷層碳/陶剎車盤的制備方法，該專利提出一種制備方法，即：先浸漬網胎層，然后將浸漬后的網胎層與碳纖維預制體熱壓在一起，最后通過高溫滲硅處理即可得到一種純陶瓷層，該陶瓷層可以有效地抑制碳纖維與碳基體層的氧化。專利US20030057040A1也提出在炭陶制動盤的摩擦面上形成一層摩擦層，所述摩擦層主要由質量分數高于65％的SiC陶瓷相組成，剩余部分由Si或C與Si的混合相組成，也即在炭陶制動盤的表面形成一層Si(或Si-C)/SiC復合陶瓷摩擦層以提高碳陶制動盤的耐磨損性能。然而，通過研究發現，盡管在碳陶制動盤表面形成一層純陶瓷層或Si/SiC復合陶瓷摩擦層可以提高其耐磨損性能，但其在潮濕環境條件的摩擦系數的穩定性表現有待提高。因此，專利CN103328410A又提出在支撐體與摩擦層之間引入一層中間層，通過在中間層引入平紋組織的碳絲束網眼編織織物，由于碳絲束在縱向與垂直方向上的熱膨脹系數不一致，導致中間層在冷卻過程中出現有意圖的微裂紋形成，對于這種碳陶制動具有一定微裂紋結構的摩擦層，其可有效地提高其在潮濕條件下的摩擦系數的穩定。該制備工藝相對較復雜，其需要先制備中間層以及摩擦層，然后再將二者結合在一起后再進行后續的工藝處理，在實際工業化生產過程操作相對復雜；另外，以上制備工藝需要單獨進行碳化處理，為了保證碳化過程中中間層不出現裂紋，碳化過程中升溫速率一般都較慢，且保溫時間較長，以保證碳化后中間層不出現開裂的問題，這樣在一定程度上會增加生產成本。

發明內容：

針對以上問題，本發明提供一種碳陶制動盤及其制備方法，其可以提高碳陶制動盤的耐磨損性能及改善其在潮濕環境下的摩擦系數穩定性，同時制備工藝也相對更簡單。

本發明一種碳陶制動盤，所述碳陶制動盤包括A部分和B部分；所述A部分包括預結合體I，所述預結合體I包括碳纖維束網(12)、第一網胎層(11)、第二網胎層(13)、所述碳纖維束網(12)位于第一網胎層(11)、第二網胎層(13)之間；

預結合體I通過下述方案制備：按照制動盤的外形尺寸，沿著垂直于制動盤徑向方向設計不同直徑的同心圓排列的碳纖維束，然后沿徑向對同心圓排列的碳纖維進行編制，最終形成碳纖維束網(12)，將碳纖維束網(12)、第一網胎層(11)、第二網胎層(13)按設計位置布置好后，通過針刺的方式將三者構成一個整體得到預結合體I；

所述B部分包括碳纖維預制體；