[发明专利]高性能低成本C/C-SiC复合材料制动盘及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种复合材料制动盘的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:将制动盘预制体碳化，然后采用化学气相渗积法将所述碳化后的制动盘预制体致密化，得到C/C复合材料；其中，所述制动盘预制体是采用聚丙烯腈基预氧丝纤维以三维针刺而成；

S2:将所述C/C复合材料在惰性气氛中进行热处理，得到C/C复合材料坯体；

S3:利用熔融渗硅法处理所述C/C复合材料坯体，得到C/C-SiC复合材料制动盘；其中，所述熔融渗硅法具体为：在真空条件下，将所述C/C复合材料坯体置于粒径为100～300目的硅粉中，然后1500～1700℃保温1.5～3.5h，再1750～2050℃保温5～60min；

S4:将所述C/C-SiC复合材料制动盘利用化学气相渗积法或先驱体浸渍裂解法进行处理；其中，所述化学气相渗积法的先驱体为三氯甲基硅烷，所述先驱体浸渍裂解法的先驱体溶液为聚碳硅烷与二乙烯基苯的混合溶液；

S5:将所述步骤S4得到的产品机械加工成最终的设计尺寸，即得复合材料制动盘成品。

2.根据权利要求1所述的复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述化学气相渗积法具体为：以丙烷、天然气和丙烯中的一种或几种为碳源气体，氮气和/或氢气为稀释气体，渗积温度为900～1200℃，渗积压力为1000～5000Pa，渗积时间为50～200h；其中，所述碳源气体和所述稀释气体的体积比为1:(1～4)。

3.根据权利要求1所述的复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述热处理的处理温度为1800～2400℃，处理时间为1～5h，所述惰性气氛为氩气和/或氮气。

4.根据权利要求1所述的复合材料制动盘的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述化学气相渗积法具体为：以三氯甲基硅烷为先驱体，氢气为载气，氩气为稀释气，渗积温度为900～1400℃，渗积压力为300～1200Pa，渗积时间为15～25h；其中，所述三氯甲基硅烷、所述氢气和所述氩气的体积比为1:(7～10):(3～5)。

5.根据权利要求1所述的复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述先驱体浸渍裂解法具体为：将所述C/C-SiC复合材料制动盘浸渍于聚碳硅烷与二乙烯基苯的混合溶液30～60min，所述浸渍温度为60～100℃，所述浸渍压力为1～2MPa，然后110～200℃固化交联2～3.5h，再1100～1300℃裂解0.5～2h；重复所述先驱体浸渍裂解法的步骤直至裂纹被完全填封；其中，所述聚碳硅烷与二乙烯基苯的混合溶液中聚碳硅烷的质量分数为40％～60％。

6.根据权利要求1所述的复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述碳化的温度为1000～1400℃，时间为45～75h，所述碳化在真空条件下进行。

7.根据权利要求1所述的复合材料制动盘的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2的所述热处理之后，得到所述C/C复合材料坯体之前，还包括机械加工的步骤，具体包括：将所述热处理后的C/C复合材料表面加工出螺栓孔和定位孔；和/或对所述C/C复合材料四周的尺寸进行加工，并在厚度方向留出1～2mm的后续加工余量。

8.权利要求1～7任一项所述的方法制备得到的复合材料制动盘。

9.权利要求8所述的复合材料制动盘在制造列车中的应用。

10.权利要求8所述的复合材料制动盘在制造高铁中的应用。