[发明专利]一种用于高速列车刹车盘的陶瓷基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种用于高速列车刹车盘的陶瓷基复合材料，由C纤维、C基体、HfC基体和ZrB₂基体组成，其特征在于：HfC基体存在于C/C骨架和ZrB₂基体之间；所述C纤维所占的体积分数为33～62％，C基体所占的体积分数为12～22％，HfC基体所占的体积分数为4～12％，ZrB₂基体所占的体积分数为10～34％。

2.根据权利要求1所述的一种用于高速列车刹车盘的陶瓷基复合材料，其特征在于：所述C纤维所占的体积分数为47～62％；所述C基体所占的体积分数为12～16％；所述HfC基体所占的体积分数为5～9％；所述ZrB₂基体所占的体积分数为22～28％。

3.根据权利要求1所述的一种用于高速列车刹车盘的陶瓷基复合材料，其特征在于：所述C纤维所占的体积分数为47％；所述C基体所占的体积分数为16％；所述HfC基体所占的体积分数为9％；所述ZrB₂基体所占的体积分数为28％。

4.一种制备如权利要求1所述的用于高速列车刹车盘的陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)以针刺毡作为纤维预制体，其体积密度为0.40-0.60g/cm³；

(2)采用CVI工艺，以烷烃为先驱体，氮气为稀释气体，反应温度为1500～2500℃，制备出C/C复合材料坯体；所述C/C复合材料坯体的体积密度为0.65-0.90g/cm³；

(3)将表面活性剂改性的HfO2微粉分散于酚醛树脂中，形成悬浊液，将C/C复合材料坯体浸渍于所述悬浊液中，在氢气气氛下，加热至1500～2000(℃，反应生成HfC，从而形成C/C-HfC基体；

(5)将无水乙醇、硼酸三正丁脂、乙酸按1∶3∶3的比例混合得到稳定的前驱体溶胶，将ZrB₂微粉按质量分数10％加入到前驱体中，充分搅拌使其形成稳定的悬浮液，再将其倒入水热釜中；将所述C/C-HfC基体放入水热釜中，使其完全浸渍，放入恒温烘箱中，100-180℃下保温20-30小时。待保温结束，自然冷却至室温，用乙醇清洗表面，然后置于马弗炉中350-500℃保温下2-3小时，将ZrB₂引入C/C-HfC基体表面，形成C/C-HfC-ZrB₂复合材料预置体；

(6)在1500～1800℃下对所述C/C-HfC-ZrB₂复合材料预置体进行高温致密化处理，得到C/C-HfC-ZrB₂陶瓷基复合材料。

5.根据权利要求5所述的一种用于高速列车刹车盘的陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述针刺毡采用T700-12K无纬布及T700-12K网胎制成。

6.根据权利要求5所述的一种用于高速列车刹车盘的陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述烷烃为聚碳硅烷。

7.根据权利要求5所述的一种用于高速列车刹车盘的陶瓷基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮。