[发明专利]一种用于高速列车的碳陶制动闸片及其制备方法

权利要求书

1.一种用于高速列车的碳陶制动闸片，其特征在于：所述碳陶制动闸片由碳陶复合材料制成，所述碳陶复合材料以质量百分比计包括下述组分组成：

碳纤维：16-30%；

热解碳：20-36%；

碳化硅：28-46%；

二硅化钼：6-12%。

2.根据权利要求1所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片，其特征在于：所述碳陶制动闸片由碳陶复合材料制成，所述碳陶复合材料以质量百分比计包括下述组分组成：

碳纤维：16-30%；

热解碳：20-36%；

碳化硅：28-46%；

二硅化钼：6-12%；

单质硅：2-6%。

3.根据权利要求1或2所述的用于高速列车的碳陶制动闸片，其特征在于：所述碳陶制动闸片中碳陶复合材料的密度为1.8-2.4g/cm³；所述碳纤维以三维网状结构均匀分布于碳陶复合材料中。

4.一种制备如权利要求3所述的用于高速列车的碳陶制动闸片的方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一碳纤维毡的高温热处理

在保护气氛下，将密度为0.20-0.65g/cm³的碳纤维毡进行900-1600℃的高温热处理5小时以上；

步骤二热梯度化学气相沉积渗碳处理

将高温热处理后的碳纤维毡放入气相沉积炉中，按碳源气体与稀释气体的摩尔比为1︰1-3持续通入碳源气体和稀释气体，并控制炉内气压为500-2000Pa，在900-1100℃进行热梯度化学气相沉积处理，直至得到密度为1.0-1.5g/cm³的C/C多孔体材料；

步骤三石墨化处理

在炉压为0.1-0.2Mpa的保护气氛下，将步骤二所得C/C多孔体材料加热至2000-2500℃，保温1-4小时，进行石墨化处理；

步骤四熔融浸渗Mo、Si

按碳陶摩擦块设计要求，将经石墨化处理的C/C多孔体材料加工成摩擦块粗坯，将摩擦块粗坯置于氩气气氛的容器中，上表面与Mo粉接触，底面与Si粉接触，于1400-1800℃进行非浸泡式熔融浸渗，得到密度为1.8-2.4g/cm³的碳陶摩擦块；所述Si粉的用量为摩擦块重量的1.0-1.8倍；所述Mo粉的用量为Si粉重量的5%-15%。

5.根据权利要求4所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，其特征在于：

步骤一中所述碳纤维毡是通过下述方法制备的：

将单层碳纤维0°无纬布、碳纤维胎网、碳纤维90°无纬布、碳纤维胎网依次循环叠加，然后采用倒钩针对叠加的无纬布和网胎进行反复针刺制成密度为0.20-0.65g/cm³的碳纤维毡。

6.根据权利要求4所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，其特征在于：步骤一中，高温处理的时间为5-20小时，高温处理时，控制压力为0.1-0.2Mpa。

7.根据权利要求4所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述碳源气体选自甲烷、丙稀、丙烷、天然气中的至少一种；所述稀释气体选自氮气、氢气中的至少一种。

8.根据权利要求4所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，其特征在于：步骤三中，石墨化处理前，先将步骤二所得C/C多孔体材料置于催化剂溶液中浸泡30-50小时后脱水烘干，然后进行石墨化处理，所述催化剂溶液是体积百分浓度为5-15%的H₃BO₄或Fe(NO₃)₂·9H₂O溶液。

9.根据权利要求4所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，其特征在于：步骤四中，所述Si粉的纯度≥99.0%、粒度为0.01-0.1mm，所述Mo粉的纯度≥99.9%，粒度为0.01-0.5mm。

10.根据权利要求4所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，其特征在于：将步骤四所得的密度为1.8-2.4g/cm³的碳陶摩擦块的非摩擦面与钢背的一面进行冷铆接，钢背的另一面与燕尾焊接，得到碳陶制动闸片；所述非摩擦面为熔融浸渗时与Si粉接触的面；所述钢背与燕尾由45号钢板加工而成，表面电镀铜，铜镀层厚度为10～20μm。