[發明專利]一種碳陶摩擦材料的制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110509693.7
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN113248272B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 朱獻文;朱緯緯
• 申請（專利權）人: 廣州三的投資管理企業（有限合伙）
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/84;F16D65/12;F16D69/02;F16D65/04
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;郝傳鑫

本發明涉及碳陶復合材料技術領域，公開了一種碳陶摩擦材料的制備方法和應用，包括如下步驟：A)制成預制件；B)采用化學氣相沉積滲透工藝在預制件上進行沉積增密，制備成碳基體；C)以聚碳硅烷為硅源制作浸漬液，通入保護氣體進行高溫裂解，重復浸漬?高溫裂解操作，直至獲取預定密度的中間體；D)在石墨坩堝中放置硅顆粒，利用石墨棒將中間體與硅顆粒隔開，將硅顆粒加熱至蒸發狀態，在真空條件下，引導氣態硅滲透進中間體的不同側面，進行均勻的氣相滲硅反應，得到致密度更高、組成均勻的碳陶摩擦材料。制得的摩擦材料可應用于汽車或者軌道交通系統的制動部件上。

技術領域

本發明涉及碳陶復合材料技術領域，特別是涉及一種碳陶摩擦材料的制備方法和應用。

背景技術

碳陶復合材料具有密度低、耐磨、摩擦系數高、制動平穩、抗腐蝕、抗氧化、耐高溫、環境適應性強(如濕態下摩擦因素不衰退)和壽命長等優點，是一種較為理想的新型高性能摩擦材料。

目前制備碳陶復合材料的工藝主要有4種：先驅體浸漬－裂解工藝(PIP)、化學氣相滲透工藝(CVI)、液相滲硅反應燒結工藝(LSI) 和氣相滲硅反應燒結工藝(GSI)。

以上制備方法在目前實際應用中還存在以下問題：(1)先驅體浸漬-裂解工藝制備的復合材料孔隙率較高，因為有機先驅體轉化時體積收縮大，收縮產生的內應力不利于提高材料的性能，不能獲得完全致密的碳陶復合材料；(2)化學氣相滲透工藝的氣體利用率低、增密速度慢、沉積周期長、制造成本高；其所制備的復合材料存在10％～15％的殘留孔隙，難以制作壁厚較大的構件；(3)液相滲硅反應燒結工藝，其，熔融Si與基體C發生反應的過程中，不可避免地會與C纖維發生反應，C纖維被Si化導致性能下降，同時，復合材料中還殘留一定量的 Si，會導致復合材料變脆、抗蠕變性能降低；(4)氣相滲硅反應燒結工藝，與液相硅浸漬工藝相似，只是以氣相硅代替液相硅作為滲透物質和反應物，能有效提高滲透速率和滲透深度，但是現有的硅蒸汽都是從下往上蒸發，導致復合材料的不同位置的硅滲入量不均一，容易造成碳陶復合材料組分不均勻，使用時易開裂的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種制備組分均勻、致密度高和摩擦穩定性高的碳陶摩擦材料的方法，滿足其在汽車或者軌道交通系統制動部件上的需求，從而實現其制動效果和使用壽命的顯著提升。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種碳陶摩擦材料的制備方法，包括如下步驟：

A)獲取以碳纖維為原材料制成的預制件；

B)以丙烯為碳源氣體，以氬氣為載氣，采用化學氣相沉積滲透工藝在所述預制件上進行沉積增密，制備成碳基體；

C)以聚碳硅烷為硅源制作浸漬液，將所述碳基體置于所述浸漬液進行浸漬，浸漬至預定時間后，通入保護氣體進行高溫裂解，重復浸漬-高溫裂解操作，直至獲取預定密度的中間體；

D)在石墨坩堝中放置硅顆粒，利用石墨棒將所述中間體置于所述石墨坩堝中，并使得所述中間體與所述硅顆粒隔開，將硅顆粒加熱至蒸發狀態，在真空條件下，引導氣態硅滲透進所述中間體的不同側面，進行均勻的氣相滲硅反應，得到碳陶摩擦材料。

作為優選方案，在步驟A)中，所述預制件為立體針刺氈結構，以垂直交錯的無緯布層和網胎層作為鋪層單元，逐層鋪層并在厚度方向上進行針刺，以形成所述預制件。

作為優選方案，在步驟B)中，所述化學氣相沉積的爐壓為 1.5KPa-2KPa，反應溫度為950℃-1000℃，獲取的所述碳基體密度為 1.2g/cm³-1.5g/cm³。

作為優選方案，在步驟C)中，利用所述聚碳硅烷與二甲苯混合成所述浸漬液，并加入至浸漬裂解爐，將所述碳基體置于所述浸漬液進行浸漬，在真空條件下，浸漬的預定時間為1-2小時。