【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料渗硅，具体为一种碳陶刹车盘熔融渗硅装置及方法。
技术介绍
1、碳陶刹车盘是以高强度碳纤维为增强体，以c、sic为基体的复合材料。碳陶刹车盘具有高比强度、高比模量、优异的高温力学性能、密度小、热稳定性能好、抗氧化性和低磨损性能。目前碳陶刹车盘的制备方法主要包括反应熔渗法、化学气相渗透法和先驱体裂解法等。化学气相渗透法和先驱体裂解法增密速率慢、原材料利用率低、制备周期长，制造成本较高，限制了其应用范围；反应熔渗法制备在高温真空环境下，采用针刺预制体制备的碳/碳多孔体置于硅粉或者硅颗粒中进行包埋，加热至硅熔点以上时，硅发生熔化，液体硅由于毛细效应进入到多孔体中，形成致密化材料，制备出的碳陶刹车盘有着密度低、耐高温、磨损率低、使用寿命长和摩擦性能高且稳定等优点，制备周期短、成本低，且残余孔隙率低，非常具有市场竞争力。目前，碳陶刹车盘以无定型工装熔渗，存在碳陶刹车盘熔渗过程中硅粉达到熔点呈液态时存在工件下沉移位导致渗硅不均匀和底部区域液态硅堆积表面粘结的问题。
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的问题，本专利技术的主要目的是提出一种碳陶刹车盘熔融渗硅装置及方法。
2、为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一种碳陶刹车盘熔融渗硅装置，包括：坩埚、固定凸台，所述坩埚由高密度石墨制成，所述坩埚的底部设置有凹槽，用于放置固定凸台；所述固定凸台由质量比为(50～70):(30～50)的刚玉耐火泥粉末和氮化硼粉末
4、作为本专利技术所述的一种碳陶刹车盘熔融渗硅装置的优选方案，其中：所述装置还包括：垫块，所述坩埚的顶部设置有凹槽，其与垫块配合用于坩埚层叠；所述垫块由高密度石墨制成。
5、为解决上述技术问题，根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：
6、一种碳陶刹车盘熔融渗硅方法，包括如下步骤：
7、s1.制备碳陶刹车盘坯体；
8、s2.制备固定凸台；
9、s3.将固定凸台放置于坩埚底部的凹槽中；
10、s4.将硅粉铺平至固定凸台台阶处；碳陶刹车盘坯体的安装孔与固定凸台配合装入，将硅粉平铺盖住碳陶刹车盘坯体；
11、s5.将装有碳陶刹车盘坯体的渗硅装置送入渗硅炉进行渗硅。
12、作为本专利技术所述的一种碳陶刹车盘熔融渗硅方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，采用碳纤维原材料环向三维编织，以2.5d针刺碳毡为增强体制成刹车盘预制体；将得到的刹车盘预制体放入真空高温热处理炉，抽真空后进行热处理；将刹车盘预制体放入cvi炉中，进行化学气相沉积，密度沉积到1.1～1.3g/cm3，得到碳陶刹车盘坯体，机加工成成品坯体。
13、作为本专利技术所述的一种碳陶刹车盘熔融渗硅方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，热处理的温度为1900～2100℃。
14、作为本专利技术所述的一种碳陶刹车盘熔融渗硅方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，将刚玉耐火泥粉末、氮化硼粉末按(50～70):(30～50)的质量比混合，用球磨机混合1～2h，在球磨机容器中加入纯净水球磨成原料，原料模压成型得到固定凸台。
15、作为本专利技术所述的一种碳陶刹车盘熔融渗硅方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，球料比为(5～9):1，转速为200～450r/min，翻转转速为1～1.5r/min，球磨时间为1～4h。
16、作为本专利技术所述的一种碳陶刹车盘熔融渗硅方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，模压压力为170～230n，模压温度为90～110℃。
17、作为本专利技术所述的一种碳陶刹车盘熔融渗硅方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，硅粉的粒度为180～200目，纯度＞99.99％。
18、作为本专利技术所述的一种碳陶刹车盘熔融渗硅方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，还包括，将垫块装入坩埚顶部的凹槽内，层叠坩埚。
19、作为本专利技术所述的一种碳陶刹车盘熔融渗硅方法的优选方案，其中：所述步骤s5中，渗硅工艺为：抽真空至真空度≤300pa，升温120～150min至1380～1420℃后，通入流量为0.1～0.15l/min、压力为0.2mpa的氮气，再升温25～30min至1570～1630℃进行融体渗透，保温时间为30～50min；之后降温150～200min至1360～1400℃，保温60～80min，再降温320～360min至350～400℃，之后随炉降温至80℃以下时破空，出炉取出产品并清理。
20、本专利技术的有益效果如下：
21、本专利技术提供一种碳陶刹车盘熔融渗硅装置及方法，熔融渗硅装置包括坩埚、固定凸台，通过坩埚和固定凸台配合使用，可有效防止碳陶刹车盘熔渗过程中硅粉达到熔点呈液态时存在工件下沉移位导致渗硅不均匀和底部区域液态硅堆积表面粘结的问题，有效提高产品密度均匀性和表面质量。
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1.一种碳陶刹车盘熔融渗硅装置，其特征在于，包括：坩埚、固定凸台，所述坩埚由高密度石墨制成，所述坩埚的底部设置有凹槽，用于放置固定凸台；所述固定凸台由质量比为(50～70):(30～50)的刚玉耐火泥粉末和氮化硼粉末制成，所述固定凸台的数量与碳陶刹车盘坯体的安装孔的数量对应。
2.根据权利要求1所述的碳陶刹车盘熔融渗硅装置，其特征在于，所述装置还包括：垫块，所述坩埚的顶部设置有凹槽，其与垫块配合用于坩埚层叠；所述垫块由高密度石墨制成。
3.一种碳陶刹车盘熔融渗硅方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的碳陶刹车盘熔融渗硅装置，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的碳陶刹车盘熔融渗硅方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用碳纤维原材料环向三维编织，以2.5d针刺碳毡为增强体制成刹车盘预制体；将得到的刹车盘预制体放入真空高温热处理炉，抽真空后进行热处理；将刹车盘预制体放入CVI炉中，进行化学气相沉积，密度沉积到1.1～1.3g/cm3，得到碳陶刹车盘坯体，机加工成成品坯体。
5.根据权利要求4所述的碳陶刹车盘熔融渗硅方法，其特征在于，所
6.根据权利要求3所述的碳陶刹车盘熔融渗硅方法，其特征在于，所述步骤S2中，将刚玉耐火泥粉末、氮化硼粉末按(50～70):(30～50)的质量比混合，用球磨机混合1～2h，在球磨机容器中加入纯净水球磨成原料，原料模压成型得到固定凸台。
7.根据权利要求6所述的碳陶刹车盘熔融渗硅方法，其特征在于，所述步骤S2中，球料比为(5～9):1，转速为200～450r/min，翻转转速为1～1.5r/min，球磨时间为1～4h。
8.根据权利要求6所述的碳陶刹车盘熔融渗硅方法，其特征在于，所述步骤S2中，模压压力为170～230N，模压温度为90～110℃。
9.根据权利要求3所述的碳陶刹车盘熔融渗硅方法，其特征在于，所述步骤S4中，还包括，将垫块装入坩埚顶部的凹槽内，层叠坩埚。
10.根据权利要求3所述的碳陶刹车盘熔融渗硅方法，其特征在于，所述步骤S5中，渗硅工艺为：抽真空至真空度≤300Pa，升温120～150min至1380～1420℃后，通入流量为0.1～0.15L/min、压力为0.2MPa的氮气，再升温25～30min至1570～1630℃进行融体渗透，保温时间为30～50min；之后降温150～200min至1360～1400℃，保温60～80min，再降温320～360min至350～400℃，之后随炉降温至80℃以下时破空，出炉取出产品并清理。
...【技术特征摘要】
1.一种碳陶刹车盘熔融渗硅装置，其特征在于，包括：坩埚、固定凸台，所述坩埚由高密度石墨制成，所述坩埚的底部设置有凹槽，用于放置固定凸台；所述固定凸台由质量比为(50～70):(30～50)的刚玉耐火泥粉末和氮化硼粉末制成，所述固定凸台的数量与碳陶刹车盘坯体的安装孔的数量对应。
2.根据权利要求1所述的碳陶刹车盘熔融渗硅装置，其特征在于，所述装置还包括：垫块，所述坩埚的顶部设置有凹槽，其与垫块配合用于坩埚层叠；所述垫块由高密度石墨制成。
3.一种碳陶刹车盘熔融渗硅方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的碳陶刹车盘熔融渗硅装置，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的碳陶刹车盘熔融渗硅方法，其特征在于，所述步骤s1中，采用碳纤维原材料环向三维编织，以2.5d针刺碳毡为增强体制成刹车盘预制体；将得到的刹车盘预制体放入真空高温热处理炉，抽真空后进行热处理；将刹车盘预制体放入cvi炉中，进行化学气相沉积，密度沉积到1.1～1.3g/cm3，得到碳陶刹车盘坯体，机加工成成品坯体。
5.根据权利要求4所述的碳陶刹车盘熔融渗硅方法，其特征在于，所述步骤s1中，热处理的温度为1900～2100℃。
6.根据权利要求3所述的碳陶刹车盘熔融渗硅方法，其特征在于，所述步骤s2中，将刚...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖志福，钟丽芳，胡庆，温相财，
申请(专利权)人：崇义恒毅陶瓷复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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