一种磁悬浮列车滑撬所用的炭／炭－碳化硅材料的制备方法技术

一种磁悬浮列车滑撬所用的炭／炭－碳化硅材料的制备方法，依次包括以下步骤：将无纬布与网胎间隔交替叠层针刺制成密度为０．４～０．５８ｇ／ｃｍ↑［３］的准三维炭纤维整体毡后，进行１８００℃～２１００℃高温处理，采用等温ＣＶＩ或热梯度ＣＶＩ法进行热解炭增密，制得密度为１．４～１．５ｇ／ｃｍ↑［３］的多孔Ｃ／Ｃ坯体，保护气氛下对坯体进行２０００℃～２３００℃高温处理，１５００℃～１６５０℃下进行非浸泡式定向熔Ｓｉ浸渗。本发明专利技术解决了由二维炭布叠层制备的Ｃ／Ｃ－ＳｉＣ磁悬浮滑撬易分层脱落失效的问题，且生产周期远低于ＣＶＩ和浸渍炭化制备Ｃ／Ｃ磁悬浮滑撬的方法，生产工艺简单，生产成本低。

Method for preparing carbon carbon carbide material for magnetic levitation train skid

A preparation method of Maglev skid for carbon / carbon - silicon carbide materials, which comprises the following steps: non-woven cloth and mat interval alternating layers of acupuncture made of density 0.4 - quasi three-dimensional carbon fiber 0.58g / cm = 3. The overall felt after 1800 to 2100 DEG C high temperature treatment, pyrolysis densification by isothermal CVI or thermal gradient CVI method, obtained density is 1.4 ~ 1.5g / porous cm = 3 C / C body, protective atmosphere on the body of 2000 to 2300 DEG C high temperature treatment, the temperature of 1500 DEG and 1650 DEG C under non directional immersion Si melt infiltration. The invention solves the two-dimensional carbon cloth laminate prepared by C / C - SiC maglev skid delamination failure problems, and the production cycle is much lower than that of CVI and C / C impregnation carbonization preparation method of magnetic levitation skid, simple production process, low production cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种炭/炭-碳化硅(C/C-SiC)复合材料的制备方法，尤其涉及一 种磁悬浮列车滑撬所用的炭/炭-碳化硅(C/C-SiC)复合材料的制备方法。
技术介绍
磁悬浮列车是一种新型高速交通工具，最高时速可达500km。作为磁悬 浮列车驻车、紧急刹车和被拖曳时的支撑部件，滑撬是承载磁悬浮列车的关键部件，要求有足够的强度和对轨道极低的磨损率。我国从德国引进的磁悬 浮列车滑撬为炭布增强炭/炭-碳化硅复合材料，表观密度约为1.67 g/cm3，其 织物结构为炭布叠层，单层炭布厚度为100~200pm，基体为树脂^和碳化硅， 碳化硅的分布在板的厚度方向比较均匀，SiC重量百分含量约为8%。由于炭 布层间没有炭纤维增强，其层间剪切强度较低，易分层和掉边。C/C复合材料也是一种较理想的磁悬浮列车滑撬材料，我国专利技术专利 CN1647875公开了一种采用化学气相沉积(Chemical Vapor Infiltration, CVI)和 浸渍炭化制备C/C磁悬浮列车滑撬的方法，但其工艺周期需500小时以上， 生产成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种层间剪切强度高、工艺周期短、成本低的磁 悬浮列车滑撬C/C-SiC复合材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案，依次按以下步骤制备C/C-SiC复合材料(1) 将无纬布与网胎间隔交替叠层，采用针刺的方式将各层连在一起， 制成准三维炭纤维整体毡，毡体密度为0.4~0.58g/cm3;(2) 将制得的炭纤维整体毡进行1800'C 210(TC高温处理；(3) 采用等温CVI或热梯度CVI法对经高温处理后的炭纤维整体毡进 行热解炭增密，沉积200小时左右，制得密度为1.4~1.5g/cm3的多孔C/C坯体;(4) 在保护气氛下，对多孔C/C坯体进行2000。C 230(rC高温处理；(5) 将经高温处理过的C/C坯体在150(TC 165(TC下进行非浸泡式定向 熔Si浸渗。上述步骤(1)中无纬布与网胎比为80~90:10~20，无纬布与网胎的层间 密度为12 18层/cm。上述步骤(3)的化学气相沉积热解炭增密的碳源气为丙稀、甲烷或丙烷 等碳氢气体，稀释气为N2、 H2或其混合气体，碳源气与稀释气之比为1:1 3; 沉积温度为90(TC 110(TC。步骤(4)的保护气氛最好为Ar气气氛。步骤(5)的熔Si浸渗后保温1 2小时；熔Si浸渗所用Si粉粒度为 0.01 0.1mm;熔硅浸渗温度为1500°C 1650°C;高温炉内采用负压，或实施充 入Ar气的微正压，即真空压力表显示略超过OMPa。由于高温液态Si与C和 SiC的润湿角分别为0°和37°左右，液态Si可在毛细管力的驱动下通过C/C坯 体中的孔隙渗入坯体内部，同时发生Si—C反应形成SiC基体相，从而得到 C/C-SiC复合材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下的优点(1) 本专利技术采用网胎与无纬布相结合制成针刺整体毡，在材料的垂直方 向增加了炭纤维，从而提高了 C/C-SiC磁悬浮滑撬材料的层间剪切强度，解 决了由二维炭布叠层制备的C/C-SiC磁悬浮滑撬易分层脱落失效的问题。(2) 本专利技术采用化学气相沉积和熔融浸硅相结合的工艺，大幅度縮短了 生产周期。本专利技术中，CVI热解炭的沉积时间约为200小时，熔融浸硅时间 不到20小时，总的生产周期低于250小时，这比采用CVI和浸渍炭化制备 C/C磁悬浮滑撬的方法的生产周期要短一半，生产成本显著降低。(3) 另外，采用化学气相沉积方法制备热解炭基体，可得到易于石墨化 的粗糙层结构热解炭，提高高温处理后C/C坯体的石墨化度，从而降低熔融 浸硅时的Si—C反应速度，有利于Si的渗透，从而提高C/C-SiC复合材料结 构的均匀性，从而有利于降低滑撬对轨道的磨损。(4) 采用熔融浸硅的技术向C/C坯体渗Si，通过Si—C原位反应添加 SiC相，在C/C坯体中形成的SiC成网状结构，从而在摩檫磨损过程中SiC不易脱落，这样提高了材料的耐磨性和抗氧化性。附图说明图1:实施例1所制备的C/C-SiC复合材料滑撬照片具体实施例方式实施例1制备尺寸为114mm X 72mm X 32mm的由炭纤维毡体增韧的磁悬浮列车滑 撬C/C-SiC复合材料。其制备过程为将T700炭纤维无讳布和网胎针刺成整 体炭毡，密度为0.58g/cm3;将整体炭毡进行180(TC高温热处理，采用Ar气 为保护气体；在沉积温度为IIOO'C，碳源气为丙稀CH4，稀释气为H2， CH4:H2 体积比为1:2的条件下，采用CVI工艺沉积热解炭增密炭纤维毡体，使其密 度达到1.42 g/cm3左右；将C/C坯体在高温炉内以Ar气保护进行2000°C高温 热处理，保温2小时；按理论需Si量的1.2倍添加Si粉，Si粉粒度为 0.01 0.1mm，将Si粉与C/C坯体置于石墨坩埚内，轻压。将石墨坩埚置于高 温炉内进行熔融浸硅，熔硅浸渗温度为1500°C~1650°C，高温炉内采用负压， 或实施充入Ar气的微正压(真空压力表显示略超过OMPa)熔硅浸渗，保温 1 2小时。将得到C/C-SiC复合材料进行机械加工，制成如附图1的磁悬浮滑 撬块，其密度为2.0 g/cm3，抗压强度为260MPa，冲击韧性为20kJ/m2，断裂 初性为24MPa.m"2。实施例2将T300炭纤维无纬布和网胎针刺成整体炭毡，密度为0.4g/cm、将整体 炭毡进行210(TC高温热处理，采用Ar气为保护气体；在沉积温度为90(TC， 碳源气为丙稀C3H6，稀释气为N2， C3H6:N2体积比为l:3的条件下，采用CVI 工艺沉积热解炭增密炭纤维毡体，密度达到1.5g/cm3左右；C/C坯体在高温 炉内进行230(TC高温热处理，Ar气保护，保温2小时；按理论需Si量的1.3 倍添加Si粉，将Si粉与C/C坯体置于石墨坩埚内；将放置了 Si粉和C/C坯 体的石墨坩埚装入高温炉内，在负压下165(TC进行熔融浸硅，保温1小时， 制得磁悬浮滑撬C/C-SiC复合材料，材料密度为2.0 g/cm3，抗压强度为 251MPa，冲击韧性为18kJ/m2，断裂韧性为23MPa.m1/2。权利要求1. ，其特征在于依次包括以下步骤(1)将无纬布与网胎间隔交替叠层，采用针刺的方式将各层连在一起，制成准三维炭纤维整体毡，毡体密度为0.4～0.58g/cm3；(2)将制得的炭纤维整体毡进行1800℃～2100℃高温处理；(3)采用等温CVI或热梯度CVI法对经高温处理后的炭纤维整体毡进行热解炭增密，沉积200小时左右，制得密度为1.4～1.5g/cm3的多孔C/C坯体；(4)在保护气氛下，对多孔C/C坯体进行2000℃～2300℃高温处理；(5)将经高温处理过的C/C坯体在1500℃～1650℃下进行非浸泡式定向熔Si浸渗。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)中无纬布与 网胎质量比为80~90:10-20，无纬布与网胎的层间密度为12 18层/cm。3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述步骤(3)的CVI热解 炭增密的碳源气为丙稀、甲烷或丙烷中的一种；稀释气为N2、 H2或其混合气 体；碳源气与稀释气体积比为1:1 3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁悬浮列车滑撬所用的炭／炭－碳化硅材料的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：（１）将无纬布与网胎间隔交替叠层，采用针刺的方式将各层连在一起，制成准三维炭纤维整体毡，毡体密度为０．４～０．５８ｇ／ｃｍ↑［３］；（２）将制得的炭纤维整体毡进行１８００℃～２１００℃高温处理；（３）采用等温ＣＶＩ或热梯度ＣＶＩ法对经高温处理后的炭纤维整体毡进行热解炭增密，沉积２００小时左右，制得密度为１．４～１．５ｇ／ｃｍ↑［３］的多孔Ｃ／Ｃ坯体；（４）在保护气氛下，对多孔Ｃ／Ｃ坯体进行２０００℃～２３００℃高温处理；（５）将经高温处理过的Ｃ／Ｃ坯体在１５００℃～１６５０℃下进行非浸泡式定向熔Ｓｉ浸渗。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖鹏，熊翔，张红波，左劲旅，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[]