【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高强度短纤维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
1、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。
2、碳陶制动盘预制体制备方法可分为两大类：一是采用短纤维热压成型，二是采用长纤维针刺成型。由于短纤维热压成型方法制备周期短、节省原材料等优势，国外多年前已出现相关碳陶制动盘产品，国内相关替代产品也已经进入市场。但是由于短纤维力学性能比长纤维损耗多，要想获得较高性能的短碳纤维盘，短碳纤维盘中纤维含量比长纤维盘中会相对偏高。但纤维排布相对紧密、在高温高压下成型、热固性树脂容易交联固化而导致流动性较差等原因，碳化后预制体中孔隙容易形成闭孔，制动盘盘体较厚，最后熔渗过程中硅蒸汽较难渗入碳碳预制体中，导致碳陶盘开孔率高，力学性能偏低。
技术实现思路
1、针对现有技术的问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，本专利技术的制备方法，通过添加部分热塑性树脂，热塑性粉体在越高的温度下流动性越好，形成网络结构的树脂通道，且热塑性树脂残碳率低，经碳化后能形成网络状微开孔，促进熔渗，使得熔渗后产品开孔率低，强度比国外短纤维盘更高。
2、本专利技术的第二个目的在于提供上述制备方法所制备的一种高强度的短纤维碳陶制动盘。
3、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
4、本
5、所述混合料中，按质量百分计，包含如下组成：短碳纤维 35-65%，硅粉2-10%，碳源粉末1-6 %，热固性树脂粉30-45%，热塑性树脂粉1-7%。
6、本专利技术的制备方法，通过球磨充分研磨无机粉体促进粉体在碳纤维中分散更均匀，同时通过添加部分热塑性树脂，热塑性粉体在越高的温度下流动性越好，形成网络结构的树脂通道，且热塑性树脂残碳率低，经碳化后能形成网络状微开孔，促进熔渗，使得熔渗后产品开孔率低，强度比国外短纤维盘更高。不过热塑性树脂的量需要控制在本专利技术的范围内，若是过多，会引入较大的孔，导性渗硅填不满孔隙，反而降低性能。
7、优选的方案，所述短碳纤维的长度为5-35mm。
8、优选的方案，所述硅粉的粒径≤20μm，优选的为3-10μm。
9、优选的方案，所述碳源粉末的粒径≤100μm，优选的为30-50μm。
10、优选的方案，所述热塑性树脂粉的粒径≤100μm，优选的为40-60μm；
11、将各原料的粒径控制在上述范围内，最终所得短纤维碳陶制动盘的性能最优。
12、优选的方案，所述碳源粉末选自沥青焦粉、石墨粉、石油焦粉、炭黑中的至少一种。
13、优选的方案，所述热固性树脂粉选自酚醛树脂、呋喃树脂粉、聚酰亚胺树脂粉中的至少一种。上述优选树脂均为高残碳率树脂。
14、优选的方案，所述热塑性树脂粉选自ldpe（低密度聚乙烯）粉、pp（聚丙烯）粉、eva（乙烯-醋酸乙烯共聚物）粉、ps（聚苯乙烯）粉中的至少一种。
15、优选的方案，所述短碳纤维、硅粉、碳源粉末均先经偶联剂改性，所述偶联剂的加入量为被改性物质质量的0.1-0.5wt%。通过将短碳纤维、硅粉、碳源粉末均采用硅烷偶联剂进行改性可以改善短碳纤维、硅粉、碳源粉末在树脂中的分散性、结合性以及相容性，使最终所得高强度短纤维碳陶制动盘的性能最优。
16、进一步的优选，所述偶联剂选自kh550（γ-氨丙基三乙氧基硅烷）、kh560(γ-(2 ,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)、kh570(γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)中的至少一种。
17、优选的方案，所述混合料的获取过程为：先将碳源粉末、硅粉与偶联剂球磨获得改性硅碳粉，再将改性硅碳粉与热固性树脂粉、热塑性树脂粉混合，最后再加入经偶联剂改性的短碳纤维进行混合即得。
18、专利技术人发现，先通过球磨充分研磨无机粉体获得改性硅碳粉，随后再按先加入树脂粉末，再加入改性短碳纤维粉末的次序进行混合，可以促使粉体在碳纤维中分散更均匀，促进混合料更加均匀，最终所得高强度短纤维碳陶制动盘的性能最优。
19、进一步的优选，将碳源粉末、硅粉混合获得无机粉末，将无机粉末加入含水解处理的偶联剂的乙醇溶液中，球磨，干燥后获得改性硅碳粉。
20、更进一步的优选，所述含水解处理的偶联剂的乙醇溶液的获取方法为：将偶联剂加入水中水解获得水解处理的偶联剂，再加入乙醇即得。
21、专利技术人发现，先将碳源粉末、硅粉混合后，再加入含水解处理的偶联剂的乙醇溶液共同球磨，经球磨充分混合完成后后，让乙醇挥发干燥获得改性硅碳粉再与树脂粉混合，通过该优选的操作方式可以使无机粉末实现最充分的分散。
22、进一步的优选，所述球磨的转速为100-200r/min，球磨的时间为0.5-2h。
23、进一步的优选，将短碳纤维与偶联剂混合后干燥获得经偶联剂改性的短碳纤维。
24、优选的方案，所述混合料中，按质量百分计，包含如下组成：短碳纤维 40-60%，硅粉3-9%，碳源粉末2-5 %，热固性树脂粉36-44%，热塑性树脂粉2-6%。
25、进一步的优选，所述混合料中，按质量百分计，包含如下组成：短碳纤维 50-60%，硅粉3-6%，碳源粉末2-4 %，热固性树脂粉36-43%，热塑性树脂粉2-6%。
26、优选的方案，所述热压成型的压力为0.1-15mpa，热压成型的温度为150-210℃，热压成型的时间为30-60min。
27、通过将混合料置于模具中，于上述条件下固化使混合料成型获得碳陶预制体。
28、优选的方案，所述碳化处理的温度为800℃-950℃，保温时间为2-4h；升温速率≤30℃/h，优选为10℃/h-20℃/h；降温速率≤60℃/h，优选为20℃-40℃/h。
29、优选的方案，所述渗硅陶瓷化处理采用蒸镀渗硅，先将硅粉铺设于碳陶坩埚中，然后再硅粉表面放置碳陶垫块，再将经碳化处理的碳陶预制体置于碳陶垫块的上方，通过碳陶垫片使硅粉与碳陶预制体分隔，所述碳陶垫块的高度≤50mm，优选10mm-30mm。
30、在本专利技术中，对本专利技术的预制体采用蒸镀渗硅，可以使最终陶瓷化后所得碳陶盘整体密度均匀，且避免如包埋法时未反应完的硅粉粘附在盘表面。
31、优选的方案，所述渗硅陶瓷化处理所用硅粉的量为经碳化处理的碳陶预制体重量的1.1-1.3倍。专利技术人发现，将硅粉的量控制在上述范围内，碳陶预制体的性能最优，若过多会导致后期没有足够的碳形成碳化硅，影响性能。
32、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：将短碳纤维、硅粉、碳源粉末、热固性树脂粉、热塑性树脂粉混合获得混合料，然后将混合料热压成型获得碳陶预制体，再将碳陶预制体依次进行碳化处理、渗硅陶瓷化处理即得高强度短纤维碳陶制动盘；
2.根据权利要求1所述的一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：所述短碳纤维的长度为5-35mm；
3.根据权利要求1或2所述的一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：所述短碳纤维、硅粉、碳源粉末均先经偶联剂改性，所述偶联剂的加入量为被改性物质质量的0.1-0.5wt%；
4.根据权利要求1或2所述的一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：所述混合料的获取过程为：先将碳源粉末、硅粉与偶联剂球磨获得改性硅碳粉，再将改性硅碳粉与热固性树脂粉、热塑性树脂粉混合，最后再加入经偶联剂改性的短碳纤维进行混合即得。
5.根据权利要求4所述的一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：将碳源粉末、硅粉混合获得无机粉末，将无机粉末加入含水解处理的偶联剂的乙醇溶液中，球磨，干燥后获得改
6.根据权利要求1或2所述的一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：所述混合料中，按质量百分计，包含如下组成：短碳纤维 40-60%，硅粉3-9%，碳源粉末2-5%，热固性树脂粉36-44%，热塑性树脂粉2-6%。
7.根据权利要求1或2所述的一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：所述热压成型的压力为0.1-15MPa，热压成型的温度为150-210℃，热压成型的时间为30-60min。
8.根据权利要求1或2所述的一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：所述碳化处理的温度为800℃-950℃，保温时间为2-4h；升温速率≤30℃/h，降温速率≤60℃/h。
9.根据权利要求1或2所述的一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：所述渗硅陶瓷化处理采用蒸镀渗硅，先将硅粉铺设于碳陶坩埚中，然后再硅粉表面放置碳陶垫块，再将经碳化处理的碳陶预制体置于碳陶垫块的上方，通过碳陶垫片使硅粉与碳陶预制体分隔，所述碳陶垫块的高度≤50mm；
10.根据权利要求1-9任意一项所述的制备方法所制备的一种具有高强度短纤维碳陶制动盘。
...【技术特征摘要】
1.一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：将短碳纤维、硅粉、碳源粉末、热固性树脂粉、热塑性树脂粉混合获得混合料，然后将混合料热压成型获得碳陶预制体，再将碳陶预制体依次进行碳化处理、渗硅陶瓷化处理即得高强度短纤维碳陶制动盘；
2.根据权利要求1所述的一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：所述短碳纤维的长度为5-35mm；
3.根据权利要求1或2所述的一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：所述短碳纤维、硅粉、碳源粉末均先经偶联剂改性，所述偶联剂的加入量为被改性物质质量的0.1-0.5wt%；
4.根据权利要求1或2所述的一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：所述混合料的获取过程为：先将碳源粉末、硅粉与偶联剂球磨获得改性硅碳粉，再将改性硅碳粉与热固性树脂粉、热塑性树脂粉混合，最后再加入经偶联剂改性的短碳纤维进行混合即得。
5.根据权利要求4所述的一种高强度短纤维碳陶制动盘的制备方法，其特征在于：将碳源粉末、硅粉混合获得无机粉末，将无机粉末加入含水解处理的偶联剂的乙醇溶液中，球磨，干燥后获得改性硅碳粉；
<...【专利技术属性】
技术研发人员：黄彩霞，郭正波，李金伟，
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：
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