[发明专利]炭/炭－碳化硅复合材料刹车闸瓦闸片的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造炭/炭-碳化硅(C/C-SiC)刹车闸瓦闸片的制造方法。本制造方法可用于列车、地铁和工程机械的闸瓦闸片，汽车鼓式刹车片和盘式刹车片等制造。

背景技术

炭纤维增强C-SiC(即C/C-SiC)复合材料作为刹车材料具有密度低(≤2.4g·cm^-3)、耐磨性好、摩擦系数高、制动平稳、抗腐蚀、抗氧化、耐高温、环境适应性强(如湿态下摩擦系数不衰退)和寿命长等优点，是一种高性能的刹车闸瓦闸片用材料。

制备C/C-SiC刹车材料的方法主要有化学气相渗透法、先驱体浸渍裂解法、熔Si浸渗法和热压-烧结法，以及温压-原位反应法。其中，化学气相渗透法、先驱体浸渍裂解法、熔Si浸渗法需先编织炭纤维预制体，然后进行基体炭和SiC增密，增密的C/C-SiC坯体需经过高强度的机械加工才能获得闸瓦闸片，而C/C-SiC坯体硬度高，难以切削等加工。热压-烧结法是将炭纤维用C粉、Si粉等浆料进行浸渗处理后，经烘干制成无纬布，然后将无纬布切割成一定尺寸，层叠在一起，最后经热压烧结得到复合材料。该方法需在高温(≥1500℃)高压(≥100MPa)下才能得到致密的复合材料，损伤炭纤维，降低其强度；另外，由于制造的C/C-SiC复合材料坯体边缘不规整，同样需后续高强度的机械加工才能得到闸瓦闸片。因此，这四种方法难以推广应用于列车、汽车、地铁、工程机械等闸瓦闸片的制造。

“一种炭/炭-碳化硅陶瓷制动衬片的制备工艺”的国防发明专利(申请号：200510000623.X)，主要对温压-原位反应法制备炭/炭-碳化硅陶瓷制动衬片的工艺过程申请了专利保护。但是，该发明专利只适用于摩擦面积小于60cm²，厚度小于1.5cm的制动衬片的制造，对于大于此尺寸的刹车闸瓦闸片，采用该方法制造时，制造过程中坯体易产生鼓泡和开裂。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造C/C-SiC复合材料刹车闸瓦闸片的方法，使闸瓦或闸片产品一次性成形，不需高强度的后续机械加工；同时，解决闸瓦闸片制造过程中坯体鼓泡、开裂等问题。

炭/炭-碳化硅复合材料刹车闸瓦闸片的制造方法，本发明以短切炭纤维、炭粉、树脂、沥青、Si粉和SiC粉为原材料，通过配料混料、造粒、低温热压成形、高温烧结、树脂浸渍固化、炭化、摩擦面打磨等工序制造C/C-SiC复合材料闸瓦闸片；具体工艺参数为：

(1)原材料：长度为2～15mm的短切炭纤维，粒度为0.075～0.30mm的炭粉(可以是石墨粉、沥青炭粉、树脂炭粉或它们的混合物)，粒度为0.075～0.30mm的Si粉，粒度为0.075～0.15mm的树脂粉(可以是酚醛树脂、呋喃树脂或环氧树脂)或沥青粉，粒度为0.075～0.15mm的SiC粉。

(2)配料混料。将称量好的原材料装入混料器进行混料。根据闸瓦闸片刹车性能要求的不同，原材料的配比可在以下范围内变化，短切炭纤维5～20％(质量含量)，Si粉20～50％(质量含量)，炭粉5～30％(质量含量)，树脂粉或沥青粉10～30％(质量含量)，SiC粉0～15％(质量含量)。

(3)造粒。将混好的原材料进行机械造粒，75％的颗粒粒径在5～15mm为佳，要求颗粒外观不规则。

(4)低温热压。将颗粒料装入模具腔内，施加150～400MPa的压力，在140℃～200℃内保温0.5～1小时，使颗粒通过树脂固化粘结成坯体，坯体尺寸与要制造的闸瓦或闸片尺寸完全相同。

(5)高温烧结。将坯体通过高温烧结，使树脂(或沥青)热解炭化为树脂炭(或沥青炭)，使Si粉与炭粉、树脂炭(或沥青炭)反应生成β-SiC。烧结在真空炉中进行，最高温度1350℃～1700℃，炉内气氛为真空，也可以充Ar到常压，时间30～60小时。

(6)后续增密。采用液态树脂(或沥青)对烧结后的坯体进行浸渍、固化、炭化增密。浸渍温度为50℃～80℃，固化温度为150℃～200℃，炭化温度800℃～900℃。

(7)摩擦表面加工。将后续增密后的坯体进行表面加工，得到闸瓦闸片部件。