[发明专利]一种高速列车用碳陶刹车材料的制造方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种碳陶刹车材料的制造方法，特别是涉及一种高速列车(高铁)用碳陶刹车材料的制造方法。

背景技术：

目前，高速列车用刹车材料以粉末冶金、铸钢和合金钢为主，该材料具有抗油污能力强、对潮湿环境不敏感、制作工艺成熟、原材料丰富、生产周期短、成本低等优点；但存在重量大，高温强度下降显著，而且容易锈蚀等缺点，尤其是长时间连续刹车会产生摩擦性能热衰退，影响刹车的安全性。随着高铁速度进一步提升，当速度高于400km/h，刹车温度将超出传统的刹车材料(粉末冶金、铸钢和合金钢)承受极限，必须发展能耐更高温度的刹车材料。

碳陶刹车材料克服了金属材料耐温低、重量大、易锈蚀等缺点，具有密度低、耐高温、高强度、摩擦性能稳定、磨损小和使用寿命长等优点，尤其是长时间连续刹车时性能不衰退，刹车安全性高。因此，碳陶刹车材料是新一代高速列车用刹车材料的首选。碳陶刹车材料相对传统刹车材料不仅会提高使用安全性和寿命，而且会显著降低列车的重量(约5吨/列)，节约能源，降低运行成本。

高铁刹车能量相对飞机、汽车和重型机械等要大得多，高铁刹车材料既要耐高温，又要有良好的导热性能、力学性能和摩擦磨损性能。Ti3SiC2陶瓷具有良好的导热性能、力学性能，又能耐高温，尤其是能改善碳陶刹车材料的摩擦磨损性能。文献Xiaomeng Fan，Xiaowei Yin，Shanshan He，Litong Zhang，Laifei Cheng.Friction and wear behaviors of C/C-SiC composites containing Ti₃SiC₂.Wear，2012，274-275：188-195.以及西北工业大学范晓孟的博士论文“Ti₃SiC₂改性C/SiC复合材料的性能研究”报道了Ti₃SiC₂改性C/C-SiC能改善材料的摩擦磨损性能。该文献报道的制备方法是在低密度C/C中通过浆料浸渗引入TiC，然后利用液相Si浸渗并反应生成Ti₃SiC₂，该方法获得的Ti₃SiC₂的量相对较少而且分布不均匀。

为了提高Ti₃SiC₂的量及分布的均匀性，本发明提供一种高Ti₃SiC₂含量且分布均匀的改性碳陶刹车材料的制造技术，既能改善材料的摩擦磨损性能和力学性能，又能提高材料的导热性能，适应高铁刹车需要。

发明内容：

本发明主要涉及Ti₃SiC₂改性三维针刺碳纤维预制体的制备、Ti₃SiC₂改性多孔碳/碳复合材料的制备和渗硅工艺等。一种高速列车用碳陶刹车材料的制造方法，该方法依次包括以下步骤：

步骤1，碳纤维预制体的制备

将若干层的单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加到纤维预制体的厚度，并通过接力针刺制备出碳纤维预制体；其中，针刺密度为25～30针/cm²，体积密度为0.4～0.55g/cm³，其中胎网层与无纬布层的体积比约为1∶1～1∶3。

步骤2，Ti₃SiC₂浆料的制备

首先称取一定量的羧甲基纤维素钠溶于水，配成质量分数为0.5％-1％的羧甲基纤维素钠水溶液，称取一定量的粒度为0.5～2μm的Ti₃SiC₂，加入质量分数0.5％～1％的羧甲基纤维素钠水溶液中，球磨24～48小时制备含Ti₃SiC₂质量分数为40～60％的Ti₃SiC₂浆料，调整PH值于9～12以控制粉料分散性，得到Ti₃SiC₂浆料；

步骤3，含Ti₃SiC₂陶瓷粉的碳纤维预制体的制备