一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将碳/碳复合材料盘体的上、下表面均进行开槽处理，然后先在上表面的槽中进行涂层浆料的涂刷，直至涂层浆料将上表面的槽填满，然后再翻转/碳复合材料盘体，于下表面的槽中进行涂层浆料的涂刷，直至涂层浆料将下表面的槽填满，获得含涂层浆料的碳/碳复合材料盘体，依次进行固化、碳化以及陶瓷化处理即得碳陶制动盘。本发明专利技术提出的耐磨及抗氧化涂层的制备工艺简单，易实现大规模工业化量产，涂层外观光亮平滑，涂层与盘体之间结合强度高，尺寸精度易精确控制，可以有效地解决陶瓷化后的制动盘在进行机加工处理时易出现尺寸控制不准的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘及其制备方法
本专利技术涉及一种具有耐磨及抗氧化涂层碳陶制动盘及其制备方法，属于碳陶复合材料的制备

技术介绍
近年来，碳纤维增强碳基及碳化硅陶瓷基复合材料(简称：碳陶)由于具有耐磨、质轻以及耐高温等优异性能，其可作为新一代制动领域的高性能摩擦材料而广泛应用制动盘的制备。然而，现有的碳陶制动盘通常都是采用高温熔渗的工艺对碳/碳复合材料(碳纤维增强碳基复合材料)进行渗硅，液硅从碳/碳复合材料内部的孔隙进入其内部，与碳/碳复合材料中的碳基反应生成具有优异耐磨性能的碳化硅。考虑到碳/碳复合材料本身材料内部的孔隙大小以及孔径的分布不均匀，导致生成的碳化硅也会存在分布不均匀。若将其应用于高速列车制动领域时，由于刹车过程中会产生巨大的热量使得制动盘温度急剧上升(可达到1000℃以上的高温)，对于碳陶制动盘表面有碳化硅材料覆盖的部分可承受高温的冲击，但对于未被碳化硅覆盖的碳纤维或碳基体则容易在高温条件下发生氧化，从而导致碳陶制动盘表现形成一定的氧化侵蚀凹坑，最终影响到整个碳陶制动盘的使用寿命以及制动性能的稳定性。另外，考虑到碳陶材料不易加工的特性，目前的碳陶制动盘的加工工序一般是在对碳/碳复合材料进行高温熔渗工艺处理之前，先将碳/碳复合材料按照制动盘的外形尺寸加工至大致差不多的尺寸(留有一定余量)后，然后分别再进行高温熔渗处理和精加工处理。然而，对于碳/碳复合材料在经过高温熔渗处理后很容易出现材料本身尺寸的微变形，这样很容易导致在精加工处理过程中出现某些区域过加工而尺寸无法满足产品的标准尺寸要求。专利CN112253660A提出一种可粘结的碳陶制动盘耐磨损涂层，其通过一种由低碳树脂和酒精所组成的粘结剂，将由碳化硅、碳粉、低碳树脂以及硅粉所组成的耐磨损层和碳陶制动盘通过高温固化粘结在一起。该技术制备的耐磨涂层在刹车能载高的情况下很容易出现耐磨损层与碳陶基体之间的脱粘，特别是在高速高能载的制动条件下，该粘结剂组分通过简单的高温固化无法满足耐磨涂层部分与碳陶基体之间的紧密粘接，其出现脱粘的风险极大。
技术实现思路
针对以上现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘及其制备方法。本专利技术所采取的技术方案如下：本专利技术的一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘的制备方法，包括如下步骤：将碳/碳复合材料盘体的上、下表面均进行开槽处理，然后先在上表面的槽中进行涂层浆料的涂刷，直至涂层浆料将上表面的槽填满，然后再翻转碳/碳复合材料盘体，于下表面的槽中进行涂层浆料的涂刷，直至涂层浆料将下表面的槽填满，获得含涂层浆料的碳/碳复合材料盘体，依次进行固化、碳化以及陶瓷化处理即得碳陶制动盘；所述涂层浆料，按质量百份比计，其组成如下：树脂30wt％～50wt％，SiC粉30wt％～60wt％，Si粉0wt％～10wt％。本专利技术提供的制备方法，在碳/碳复合材料盘体的基础上即进行涂层浆料的涂刷，含涂层浆料的碳/碳复合材料盘体在分别经过固化及碳化处理后，最后在进行陶瓷化处理过程中，既可以实现碳/碳复合材料盘体与浆料涂层的同步陶瓷化，同时可以将涂层部分与碳/碳复合材料盘体紧密地结合为一体，显著提高了耐磨损层与碳陶基体的粘结强度，从而有效避免了耐磨层与碳陶基体之间的脱粘。优选的方案，所述碳/碳复合材料盘体的密度为1.3g/cm3～1.5g/cm3，所述碳/碳复合材料盘体的外径比碳陶制动盘的外径大1mm及以上，优选为1mm～2mm，所述碳/碳复合材料盘体的内径比碳陶制动盘的内径小1mm及以上，优选1mm～2mm。优选的方案，所述碳/碳复合材料盘体由密度为0.45g/cm3～0.55g/cm3的碳纤维预制体经CVI沉积增密和/或浸渍增密获得。优选的方案，所述碳/碳复合材料盘体上、下表面所开的槽外径均比碳陶制动盘的外径大0.5mm及以上，优选为0.5mm～1mm，所述碳/碳复合材料盘体上、下表面所开的槽内径均比碳陶制动盘内径小0.5mm及以上，优选0.5mm～1mm，开槽的深度均为1.2mm～3.2mm。优选的方案，所述SiC粉的粒度≤50μm，优选5μm～30μm；所述Si粉的粒度≤50μm，优选5μm～30μm。在实际操作过程中，将由树脂、碳化硅以及硅粉所组成的浆料先在碳/碳复合材料盘体的其中一表面(本专利技术中定义为上表面)的槽体中刷涂，保证浆料在自然成型状态下填满该槽，用一尺寸相比碳/碳复合材料盘体尺寸更大的铁块覆盖与碳/碳复合材料盘体上，然后将铁块与碳/碳复合材料整体在竖直方向旋转180°，以保证铁块置于下边，碳/碳复合材料盘体的另一面开槽的表面(本专利技术中定义为下表面)朝上，然后接着在该面的槽里刷涂浆料，同样保证其在自然成型状态下填满该槽。优选的方案，所述固化处理的温度为160℃～220℃，固化处理的时间为2～5h。优选的方案，所述碳化处理的温度为800℃～1000℃，保温时间为2～4h；升温速率≤30℃/h，优选10℃/h～20℃/h；降温速率≤60℃/h，优选20℃～40℃/h。优选的方案，采用蒸镀渗硅工艺对碳化处理后的含涂层浆料的碳/碳复合材料盘体进行陶瓷化处理；所述蒸镀渗硅的温度为1500℃～1700℃，蒸镀渗硅的时间为1～3h，蒸镀渗硅完成后，控制降温速率≤80℃/h，优选40℃/h～70℃/h。进一步的优选，所述蒸镀渗硅工艺过程中，硅粉与碳/碳复合材料盘体不接触，硅粉与碳/碳复合材料盘体的距离≥100mm，优选100mm～300mm。在该距离下，最终蒸镀的效果最佳。在实际操作过程中，在一石墨坩埚中铺设硅粉，然后将碳化后的涂刷浆料涂层的放入石墨坩埚中，并通过一定高度的石墨垫块将盘体与硅粉界面隔开，保证盘体与硅粉界面的高度≥100mm，优选100mm～300mm。在实际操作过程中，陶瓷化处理后进行精加工即得碳陶制动盘。本专利技术还提供上述制备方法所制备的一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘。本专利技术采用以上技术方案，具有如下有益效果：1.本专利技术所提出的耐磨及抗氧化涂层与碳陶基体之间的结合强度高，粘结强度可达30MPa以上，足够满足现有高速列车在高速行驶过程中的制动要求，且该涂层内部的成分均匀，耐磨损强度高，摩擦性能均匀，可以有效地的解决普通碳陶制动盘高温易氧化的问题。2.本专利技术提出在碳/碳复合材料盘体上进行开槽处理，然后在槽里涂刷浆料涂层，既可以解决浆料涂刷后容易溢流而导致涂层厚度出现不均匀的问题，同时也可以通过控制开槽的深度，在不影响盘体本身整体的厚度的前提下，达到灵活控制涂层的厚度。3.本专利技术提出采用蒸镀渗硅的工艺对碳化后的刷涂浆料涂层的碳/碳复合材料盘体进行高温陶瓷化，可以较好地控制硅进入涂层及碳/碳复合材料内部的速率，实现均匀地填充材料内部中的各个孔隙，从而可以获得一种表面龟裂纹细小且均匀的致密涂层。另外，本专利技术提出的耐磨及抗氧化涂层的制备工艺简单，易实现大规模工业化量产，同时，该涂层外观光亮平滑，尺寸精度易精确控制，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将碳/碳复合材料盘体的上、下表面均进行开槽处理，然后先在上表面的槽中进行涂层浆料的涂刷，直至涂层浆料将上表面的槽填满，然后再翻转/碳复合材料盘体，于下表面的槽中进行涂层浆料的涂刷，直至涂层浆料将下表面的槽填满，获得含涂层浆料的碳/碳复合材料盘体，依次进行固化、碳化以及陶瓷化处理即得碳陶制动盘；/n所述涂层浆料，按质量百份比计，其组成如下：树脂30wt％～50wt％，SiC粉30wt％～60wt％，Si粉0wt％～10wt％。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将碳/碳复合材料盘体的上、下表面均进行开槽处理，然后先在上表面的槽中进行涂层浆料的涂刷，直至涂层浆料将上表面的槽填满，然后再翻转/碳复合材料盘体，于下表面的槽中进行涂层浆料的涂刷，直至涂层浆料将下表面的槽填满，获得含涂层浆料的碳/碳复合材料盘体，依次进行固化、碳化以及陶瓷化处理即得碳陶制动盘；
所述涂层浆料，按质量百份比计，其组成如下：树脂30wt％～50wt％，SiC粉30wt％～60wt％，Si粉0wt％～10wt％。


2.根据权利要求1所述的一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：所述碳/碳复合材料盘体的密度为1.3g/cm3～1.5g/cm3，所述碳/碳复合材料盘体的外径比碳陶制动盘的外径大1mm及以上，所述碳/碳复合材料盘体的内径比碳陶制动盘的内径小1mm及以上。


3.根据权利要求1所述的一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：所述碳/碳复合材料盘体由密度为0.45g/cm3～0.55g/cm3的碳纤维预制体经CVI沉积增密和/或树脂浸渍增密获得。


4.根据权利要求1所述的一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：所述碳/碳复合材料盘体上、下表面所开的槽外径均比碳陶制动盘的外径大0.5mm及以上，所述碳/碳复合材料盘体上、下表...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍思权，周娩红，
申请(专利权)人：湖南世鑫新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43