一种碳陶刹车盘的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碳陶刹车材料的制备方法。该方法通过将低密度碳/碳坯体置于硅粉浸渍浆料中，浸渍完成后烘干，然后将硅粉浸渍后的碳/碳坯体装入硅化处理炉中，高温下碳坯体内的硅粉与坯体表面的沉积碳原位发生熔融化学反应，形成SiC陶瓷相。该方法无需在熔融渗硅过程中使用工装坩埚，节省了装炉空间和渗硅原材料。且工艺简单，实施方便，渗硅量易控易调，形成的陶瓷相弥散性、均匀性好，残留硅含量低，性能稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种碳陶刹车盘的制备方法
本专利技术涉及刹车制动材料
，具体涉及一种碳陶刹车盘的制备方法。
技术介绍
盘式制动器是目前最普遍使用的制动器，制动盘是盘式制动系统的核心部件，它的性能决定着交通工具的制动安全性和驾驶舒适性。碳陶刹车材料是近年来继粉末冶金刹车材料和C/C摩擦材料之后发展的一种高性能刹车材料。该材料不但具有现有摩擦材料的高强度、耐高冲击，良好的导热性和韧性，还具备低密度，使用温度高，磨耗低的优点，被公认为下一代理想刹车材料。碳陶刹车盘通常采用恒温CVD工艺制备低密度的碳/碳坯体，然后将碳/碳坯体埋入装有硅粉的坩埚里，再置入硅化处理炉中，在高温条件下熔融渗硅发生化学反应，从而在碳/碳坯体中形成SiC陶瓷相。现行制备工艺装炉量少，生产效率低；坩埚和硅粉需求量大，造成硅粉和坩埚浪费大，成本高。现有技术20110030568.4(以下简称专利1)公开了一种碳陶刹车盘的制造方法，其采用恒温CVD制备低密度的碳/碳坯体，然后将碳/碳坯体埋入装有硅粉的石墨坩埚里，再置入渗硅炉中，在高温条件下进行熔融渗硅化学反应，在碳/碳坯体中形成陶瓷相的飞机刹车盘。由于熔融渗硅需要将碳坯体装入石墨坩埚中(这一过程如图2所示)，导致碳坯体装炉量少，生产效率低；且熔融渗硅是硅粉在高温下熔化由坯体表面沿厚度方向渗入，渗入过程中熔融硅与坯体孔道内的沉积碳反应生成碳化硅陶瓷相，因此无法保证渗硅的均匀性。现有技术201910694494.X(以下简称专利2)公开了一种碳陶飞机刹车盘的制备方法，其以密度为1.0～1.5g/cm3的C/C复合材料为坯体，依次经过PIP处理、高温处理、RMI处理获得密度为2.0～22g/cm3的碳陶复合材料，将碳陶复合材料于真空下多次浸泡于硅熔胶中，烘干直至碳陶复合材料的增重率为1.0～1.4％，然后热处理获得碳陶刹车盘。所述RMI处理的过程为将经高温处理的坯体置于铺设有硅粉和无定型碳化硅粉的石墨模具中，在真空条件下渗硅反应。该制备方法工艺过程复杂，浸硅多次反复，生产周期长。特别是无定型碳化硅粉制备成本高，RMI处理过程与专利1相同，仍需石墨模具(坩埚)，刹车盘装炉量少，生产效率低。现有技术CN105565839B(以下简称专利3)公开了一种碳陶刹车材料的制备方法，其采用酚醛树脂与陶瓷粉混合浆料浸渍碳纤维预制体，然后热压固化使酚醛树脂裂解形成树脂碳基体，最后与陶瓷粉混合制成碳陶刹车材料。该材料热力学性能差，基体强度低，使用中易龟裂、掉渣、磨损大。且石墨化度很难提高，难以满足飞机大能载的使用要求。从上述现有技术可以看出，现有的碳陶刹车材料的制备方法在渗硅过程中装炉量少，生产效率低。且对坩埚和硅粉的需求量大，造成硅粉和坩埚的大量浪费，提高生产成本。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳陶刹车盘的制备方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术涉及一种碳陶刹车盘的制备方法，包括以下步骤：1)按碳陶刹车盘的实际规格要求制备碳纤维预制体毛坯，然后对所述毛坯进行第一真空热处理；优选地，所述第一真空热处理温度为1500～1700℃，时间为2～4h。2)将经过第一真空热处理的所述碳纤维预制体毛坯置于化学气相沉积(CVD)炉中进行气相沉积，至所述碳纤维预制体毛坯的密度达到1.30～1.55g/cm3，得到低密度碳/碳坯体；优选地，所述化学气相沉积以天然气、甲烷或丙烷为反应气，沉积压力为1～3KPa，沉积温度为800～950℃，时间为200～350h。3)对所述低密度碳/碳坯体依次进行第二真空热处理和机加工；优选地，所述机加工包括车削内外圆、铣安装孔位、钻散热孔等步骤，并在刹车盘摩擦面的厚度方向单面预留0.2mm进行磨削加工。优选地，所述第二真空热处理温度为1800～1900℃，时间为3～6h。4)将机加工后的低密度碳/碳坯体置于硅粉浸渍浆料中，浸渍完成后烘干，得到硅粉浸渍后的碳/碳坯体，其密度为1.80～1.95g/cm3；优选地，所述硅粉浸渍浆料通过将硅粉、分散剂和溶剂混合后球磨得到。优选地，所述分散剂为聚乙烯亚胺，所述溶剂为乙醇与丙酮的混合溶剂，两者体积比为1:1。优选地，所述硅粉浸渍浆料中硅粉的固含量为20％～30％，分散剂质量分数为3％～7％；溶剂质量分数为63％～77％。优选地，步骤4)中，将机加工后的低密度碳/碳坯体置于真空浸渍罐中，抽真空至罐内压力达到1000Pa以下，然后在大气压的作用下将硅粉浸渍浆料压入浸渍罐中，并浸没所述低密度碳/碳坯体；然后对浸渍罐内的浆料施加1～2MPa的气压，保压后泄压并取出浸有硅粉的低密度碳/碳坯体，然后将所述浸有硅粉的低密度碳/碳坯体置于烘箱内干燥，得到硅粉浸渍后的碳/碳坯体。5)将多个所述硅粉浸渍后的碳/碳坯体装入硅化处理炉中，相邻的坯体之间用垫环隔开，烧结得到所述碳陶刹车盘。优选地，所述垫环为石墨垫环，厚度为2～2.5mm。优选地，所述烧结程序包括：以3～5℃/min的速率升温至1450℃，保温8～12min，随后自然降温至150℃以下出炉；所述烧结过程中真空度为100～500Pa。优选地，烧结完成后，对出炉后的碳/陶刹车材料进行表面清理，摩擦面采用磨削加工至图纸要求的厚度尺寸和平面度要求。本专利技术的有益效果：现有的碳陶刹车盘通常采用恒温CVD工艺制备低密度的碳/碳坯体，然后将碳/碳坯体埋入装有硅粉的坩埚里，再置入硅化处理炉中，在高温条件下发生熔融渗硅化学反应，在碳/碳坯体中形成SiC陶瓷相。上述工艺在进行熔融渗硅时装炉量少，生产效率低，且对坩埚和硅粉的需求量大，造成硅粉和坩埚的大量浪费，提高生产成本。针对上述问题，本专利技术提供了一种碳陶刹车材料的制备方法。该方法通过将低密度碳/碳坯体置于硅粉浸渍浆料中，浸渍完成后烘干，然后将硅粉浸渍后的碳/碳坯体装入硅化处理炉中，高温下碳坯体内的硅粉与坯体表面的沉积碳原位发生熔融化学反应，形成SiC陶瓷相。该方法无需在熔融渗硅过程中使用工装坩埚，节省了装炉空间和渗硅原材料。且工艺简单，实施方便，渗硅量易控易调，形成的陶瓷相弥散性、均匀性好，残留硅含量低，性能稳定。附图说明图1为本专利技术硅化处理步骤中，浸渍了硅粉的碳/碳坯体装炉示意图；其中，1-1硅化处理炉；1-2碳/碳坯体；1-3石墨垫环；图2为现有的熔融渗硅处理步骤中碳/碳坯体装炉示意图；其中，2-1硅化处理炉；2-2碳/碳坯体；2-3石墨坩埚。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。本专利技术实施例涉及一种碳陶刹车盘的制备方法，该方法包括以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳陶刹车盘的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)按碳陶刹车盘的实际规格要求制备碳纤维预制体毛坯，然后对所述毛坯进行第一真空热处理；/n2)将经过第一真空热处理的所述碳纤维预制体毛坯置于化学气相沉积炉中进行气相沉积，至所述碳纤维预制体毛坯的密度达到1.30～1.55g/cm

【技术特征摘要】
1.一种碳陶刹车盘的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按碳陶刹车盘的实际规格要求制备碳纤维预制体毛坯，然后对所述毛坯进行第一真空热处理；
2)将经过第一真空热处理的所述碳纤维预制体毛坯置于化学气相沉积炉中进行气相沉积，至所述碳纤维预制体毛坯的密度达到1.30～1.55g/cm3，得到低密度碳/碳坯体；
3)对所述低密度碳/碳坯体依次进行第二真空热处理和机加工；
4)将机加工后的低密度碳/碳坯体置于硅粉浸渍浆料中，浸渍完成后烘干，得到硅粉浸渍后的碳/碳坯体，其密度为1.80～1.95g/cm3；
5)将多个所述硅粉浸渍后的碳/碳坯体装入硅化处理炉中，相邻的坯体之间用垫环隔开，烧结得到所述碳陶刹车盘。


2.根据权利要求1所述的碳陶刹车盘的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述第一真空热处理温度为1500～1700℃，时间为2～4h。


3.根据权利要求1所述的碳陶刹车盘的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述化学气相沉积以天然气、甲烷或丙烷为反应气，沉积压力为1～3KPa，沉积温度为800～950℃，时间为200～350h。


4.根据权利要求1所述的碳陶刹车盘的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述第二真空热处理温度为1800～1900℃，时间为3～6h。


5.根据权利要求1所述的碳陶刹车盘的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾立宏，周继煜，杨正茂，
申请(专利权)人：贵阳天龙摩擦材料有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52