[发明专利]一种陶瓷复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷复合材料及其制备方法和应用；属于陶瓷基复合材料制备技术领域。 

背景技术

盘式制动器又称碟式制动器，它由液压控制、主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。盘式制动器散热快、重量轻、构造简单、调整方便。当车辆在高速行驶状态作急刹车或在短时间内多次刹车，刹车的性能不易衰退，所以更适合高速刹车。特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定。在汽车、装甲车和列车等交通运输工具上得到广泛应用。 

现阶段绝大多数制动盘是用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。在实际应用中存在以下问题：(1)耐磨性差，磨损较快；(2)散热效果不佳，反复踩刹车后将导致刹车力量因为受热而明显损失；(3)重量较重。 

陶瓷基(碳纤维增强陶瓷基体)摩擦材料具有质量轻、摩擦性能好、耐腐蚀、不受天气变化的影响等优点，是一种有着广泛应用前景的制动材料。陶瓷基制动盘重量更轻，满足了制动系统轻质化的需求，在极限工作状态下，能让制动响应更灵敏，具备更好的高温抗疲劳性性能。因此，瞬时热变形和永久热变形事件出现的几率就会显著减少。但是，由于陶瓷基制动盘中陶瓷基体以SiC为 主(一般其质量百分含量为20-60％)，SiC的相对硬度仅低于金刚石，是一种常用的打磨金属的砂轮耐磨材料，因此制动过程中SiC易于切削磨损自身和制动片，使得摩擦副使用寿命短。 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种陶瓷复合材料及其制备方法和应用，有效解决现有陶瓷基制动盘材耐磨性差、使用寿命短、稳定性较差的问题。 

本发明所述的一种陶瓷复合材料，以质量百分比计包括下述组成： 

碳纤维12-20％；优选为15-20％；进一步优选为18-20％； 

基体碳20-45％；优选为30-36％；进一步优选为32-34％； 

Ni0.01-0.1％；优选为0.04-0.1％；进一步优选为0.05-0.08％； 

SiC纳米纤维0.01-0.1％；优选为0.04-0.01％；进一步优选为0.06-0.08％； 

SiC基体25-40％；优选为28-37％；进一步优选为32-35％； 

Al₄C₃3-5％；优选为3.5-5％；进一步优选为4-4.5％； 

Si2-7％；优选为2-5％；进一步优选为3-5％； 

Al2-10％；优选为4-8％；进一步优选为5-8％。 

本发明所述的一种陶瓷复合材料，所述镍均匀分布在炭纤维的表面；所述SiC纳米纤维均匀分布在碳纤维和基体碳之间；所述基体碳包覆在碳纤维上；所述SiC基体、Al₄C₃、Si、Al匀均匀分布分在基体碳表面。 

本发明所述的一种陶瓷复合材料的制备方法，包括下述步骤： 

步骤一去胶、镀镍 

在保护气氛下，将密度为0.10～0.65g/cm³的炭纤维预制体进行去胶处理后 镀镍至少5min，得到表面均匀分布有纳米镍的炭纤维预制体； 

步骤二化学气相沉积制备SiC纳米纤维 

将步骤一所得的表面均匀分布有纳米镍的炭纤维预制体清洗烘干后放入气相沉积炉中，持续通入沉积气源、载气和稀释气体，并控制炉内气压为500～700Pa，在800～1100℃进行化学气相沉积至少4小时，得到表面均匀分布有SiC纳米纤维(SiCNF)的炭纤维预制体；所述沉积气源为三氯甲基硅烷； 

步骤三化学气相渗透制备C/C-SiCNF多孔体 

将步骤二制备的表面均匀分布有SiC纳米纤维(SiCNF)的炭纤维预制体放入沉积炉中，通入碳源气体和稀释气体，并控制炉内气压为950-1050pa，在900～1100℃进行化学气相渗透处理，直至得到密度为1.0～1.6g/cm³的C/C-SiCNF多孔体；该过程所沉积的碳，一部分作为基体碳，一部分作为熔硅浸渗时，碳硅反应所需碳源； 

步骤四石墨化处理 

在保护气氛下，在2000～2400℃对步骤三所得密度为1.0～1.6g/cm³的C/C-SiCNF多孔体进行高温热处理15小时以上，得到石墨化的C/C-SiCNF多孔体； 

步骤五熔硅浸渗