[发明专利]一种利用静电自组装技术提高碳陶刹车盘防氧化性的方法

说明书

本发明涉及一种利用静电自组装技术提高碳陶刹车盘防氧化性的方法，属于刹车盘技术领域。本发明利用静电自组装的方式在碳纤维的表面包覆上纳米溶胶，具有包覆效果均匀，将制备得到的刹车盘应用于氧化条件下的试验时，具有耐氧化性能好的优点。

技术领域

本发明涉及一种利用静电自组装技术提高碳陶刹车盘防氧化性的方法，属于刹车盘技术领域。

背景技术

目前正在使用的刹车材料主要有三类，金属基刹车盘、碳碳材料刹车盘和碳陶刹车盘。碳陶刹车盘是采用碳纤维增强碳化硅基复合材料制作而成的一种刹车盘。碳陶刹车盘结合了碳纤维和多晶碳化硅这两者的物理特性。C/SiC材料的拉断伸长率从 0.1% 到0.3% 不等，这对于陶瓷材料而言是极高的数值。同时由于较轻的重量、良好的硬度、高压和高温条件下的稳定性、抗热冲击性和同韧性剪切断裂特性等特点不但延长了刹车盘的使用寿命，并且避免了因负载而产生的所有问题。

碳陶刹车系统的一个显著特征是它是采用陶瓷复合材料制造而成。碳陶刹车片本身及两侧的摩擦层均由碳纤维增强碳化硅材料制成。主要基体成分有碳化硅(SiC)和工业硅(Si)。碳纤维(c)增强了材料的强度。主要基体成分碳化硅决定着复合材料的硬度。碳纤维的作用是提高材料的机械强度并为材料提供技术应用中所需的断裂韧度。陶瓷复合材料的同韧性剪切断裂特性为其抗高热负载和机械负载|生能提供了保障。因此，碳纤维增强碳化硅材料完美结合了碳纤维增强碳( c/c)和多晶碳化硅陶瓷这两者的物理特性。这对于陶瓷材料而言是极高的数值。正因为具有这些特征，碳纤维增强碳化硅才成为高性能刹车制动系统的首选材料：尤其是较轻的重量、良好的硬度、高压和高温条件下的稳定性、抗热冲击性和同韧性剪切断裂特性等特点延长了碳陶刹车片的使用寿命，并避免了传统灰铸铁刹车片因负载而产生的所有问题。

碳陶刹车盘拥有良好的高温力学性能和热性能，在惰性环境中超过2 000℃仍能保持强度、模量等力学性能不降低，拥有良好的断裂韧性和耐磨性能、低线膨胀系数、高热导率、高气化温度和良好的抗热震性能，但是在氧化性气氛中，高于400℃碳纤维就会氧化，材料性能降低，导致材料失效。这是影响碳纤维增强陶瓷基复合材料在氧化性气氛中长效应用的致命弱点，为此必须解决材料的抗氧化性问题。

碳纤维增强陶瓷基复合材料的抗氧化性研究主要集中在两个方面：(l)通过对基体材料的处理来增强材料的抗氧化性能，如通过在基体孔隙中渗入融熔Si和Cr反应生成Cr₃Si来增强抗氧化性制，或者通过在碳纤维表层形成B化合物膜层来增强材料抗氧化性，或者通过整体抗氧化涂层增强材料的抗氧化性能。在两种处理方式中，整体抗氧化涂层更为有效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：陶碳刹车盘的耐氧化性不好，采用的关键技术是利用分子自组装技术提高碳纤维表面硅烷的包覆性，使在氧化条件下碳纤维的耐氧化性能得到提高。

为解决上述问题，采用了如下技术手段：

一种利用静电自组装技术提高碳陶刹车盘防氧化性的方法，包括如下步骤：

第1步，碳纤维的增密处理：碳纤维装载在真空碳管炉中，进行沉积增密；

第2步，碳纤维的石墨化处理：将第1步得到的碳纤维在高温下进行石墨化处理；

第3步，碳纤维的活化处理： 将第2步得到的碳纤维用硝酸和硫酸的混合溶液中浸泡，浸泡后滤出后用水洗涤至中性后烘干；

第4步，碳纤维的羧基改性：按重量份计，将第3步得到的碳纤维22～30份与羧基改性混合液18～25份混合，升温反应，所述的羧基改性混合液是由90～95wt%的浓硫酸和30～35wt%的过氧化氢溶液混合而成，反应结束后，将碳纤维过滤出，再用去离子水洗涤、干燥，得到羧基改性碳纤维；