[发明专利]一种用于高速动车刹车盘的陶瓷基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷基复合材料及其制备方法，特别是涉及一种用于高速动车刹车盘的陶瓷基复合材料及其制备方法。

技术背景

刹车盘是机动车辆制动系统的A类关键零部件，其性能的好坏直接关系到机动车运行的安全性和可靠性。C/SiC(碳纤维增强碳化硅)陶瓷基复合材料刹车盘与目前服役的C/C复合材料刹车盘相比具有耐腐蚀、耐磨损、抗氧化、摩擦系数高等一系列优良性能，但是由于SiC的热膨胀系数较大，C/SiC复合材料在实际应用中所承受的严重热震，使得C/SiC复合材料易开裂，且极易损伤C纤维，严重影响其力学性能。因此制备梯度SiC增密多孔C/C骨架的陶瓷基复合材料很好的结合了C/C复合材料和C/SiC复合材料的优点。为了防止C纤维不受损伤，保证复合材料的强度不下降，首先在C纤维编织体上制备C/C骨架，这对C纤维起到保护作用。而在C/C骨架上化学气相沉积梯度SiC能够有效缓解因为热震而带来的热应力，抗热震性能得到显著的增强，同时与C/C复合材料相比抗氧化性能也显著提高了。该材料在高速动车刹车盘上具有巨大的应用前景。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有C/C复合材料以及C/SiC复合材料刹车盘的缺陷，提供了一种能够应用于高速动车的刹车盘及其制造方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：提供了一种用于高速动车刹车盘的陶瓷基复合材料，由梯度SiC基体和C/C骨架组成，其特征在于梯度SiC基体是由碳化硅和碳组成，基体中碳化硅和碳的比例从0增至100％。所述梯度SiC是通过化学气相沉积方法在多孔C/C骨架上制备梯度SiC基体从而增密复合材料。所述C/C骨架是在碳纤维编织体上沉积一层碳基体，碳基体厚度为10～1000μm。

本发明还公开了一种用于高速动车刹车盘的陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)碳纤维编织或叠层形成具有高速动车刹车盘形状的织物增强结构；

(2)通过化学气相沉积、化学气相渗透或液相浸渍的方法合成C/C骨架；

(3)通过化学气相沉积的方法依次以一氯甲基硅烷、二氯甲基硅烷和三氯甲基硅烷为前驱体，得到不同比例的SiC和C基体，每种前驱体在沉积过程中都是以氩气为稀释气，氢气为反应气，沉积温度800～1200℃，沉积时间：10～120h；

(4)将复合材料进行加工打磨处理；

(5)得到可用于高速动车刹车盘的陶瓷基复合材料。

本发明的有益效果：(1)在C纤维编织体上制备C/C骨架，这对C纤维起到保护作用，保证材料的韧性和强度；(2)在C/C骨架上化学气相沉积梯度SiC能够有效缓解因为热震而带来的热应力，抗热震性能得到显著的增强，同时与C/C复合材料相比抗氧化性能也显著提高了；(3)碳化硅陶瓷基体耐磨耐热及散热性能好，是高速动车刹车盘的重要候选材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例

一种用于高速动车刹车盘的陶瓷基复合材料，由梯度SiC基体和C/C骨架组成，其特征在于梯度SiC基体是由碳化硅和碳组成，基体中碳化硅和碳的比例从0增至100％。所述梯度SiC是通过化学气相沉积方法在多孔C/C骨架上制备梯度SiC基体从而增密复合材料。所述C/C骨架是在碳纤维编织体上沉积一层碳基体，碳基体厚度为500μm。

上述陶瓷基复合材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)碳纤维编织或叠层形成具有高速动车刹车盘形状的织物增强结构；

(2)通过液相浸渍的方法合成C/C骨架；

(3)通过化学气相沉积的方法依次以一氯甲基硅烷、二氯甲基硅烷和三氯甲基硅烷为前驱体，得到不同比例的SiC和C基体，每种前驱体在沉积过程中都是以氩气为稀释气，氢气为反应气，沉积温度1000℃，沉积时间：50h；

(4)将复合材料进行加工打磨处理；

(5)得到可用于高速动车刹车盘的陶瓷基复合材料。