[发明专利]利用碳纤维预浸带制备C/SiC材料刹车盘的方法

说明书

一种利用碳纤维预浸带制备C/SiC材料刹车盘的方法，将碳纤维预浸带裁剪为长度3‑10mm的短碳纤维带并压制成刹车盘坯体，再将坯体碳化得到碳/碳预制体，最后经渗碳处理即制得产品，所述渗碳处理是指，将碳/碳预制体置于石墨坩埚中，在真空或惰性气氛保护下，在1550‑1650℃下加热处理0.5‑2h，而后随炉降温冷却即完成渗碳处理。本发明的C/SiC复合材料在碳碳预制体的制备上具有成本较低、工艺周期短、制备过程无污染、简单可控等优点，有望于在C/SiC复合刹车盘上得到广泛的应用。

技术领域

本发明涉及到碳化硅陶瓷基复合材料领域，具体的说是一种利用碳纤维预浸带制备C/SiC材料刹车盘的方法。

背景技术

C/C、C/C-SiC及C/SiC复合材料由于具有耐高温、耐腐蚀、质量轻、摩擦磨损性能稳定和机械强度高等优点而得到越来越广泛的研究，已被成功地应用到航空航天、高速火车及赛车等领域，如当前最广泛的应用是用于各种机型的刹车盘中。

用于制作刹车盘的C-SiC材料一般有以下几种方式制备得到，其一是分别制备带有不同电荷的SiC和C预制体，而后再将两者进行烧结得到C-SiC材料，如专利CN104311034A和专利CN104387069A：

CN104311034A公开了一种汽车刹车盘用碳/碳化硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：

第1步、按重量份计，取微硅粉30～40份、环氧树脂5～8份、200号溶剂油60～80份、聚乙烯亚胺4～8份，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物I；

第2步、取石墨粒20～40份、醇酸树脂4～12份、聚甲基丙烯酸铵5～8份，混合均匀，升温，保温，放冷后得到混合物I；

第3步、将混合物I与混合物II进行混合，烘干，球磨，得到混合物III；

第4步、将混合物III与酚醛树脂10～15份、氧化铝纤维4～6份、玻璃纤维3～5份、氧化铝3～5份、碳化硅10～15份、煅烧石油焦碳3～5份、天然橡胶5～10份、钛酸钾晶须4～8份混合均匀，在真空烧结炉中进行烧结后，得到碳/碳化硅复合材料。利用两种性质相反的分散剂分别改性微硅粉和石墨粉，使其表面带有不同的电荷，再进行混匀之后，可以更好地使碳与硅的相互包覆，烧结之后生成的SiC微球性能更好；

而CN104387069A公开了一种用于飞机刹车盘的碳/碳化硅摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：

第1步、阳离子预制体的制备：按重量份计，取脂肪酸锌20～30份，加热至150～170℃，然后加入碳化硅粉体20～30份，搅拌均匀，冷却后，得到改性粉体；再加入阳离子表面活性剂2～4份、甘油10～20份，在混合机中初混，再加入乙撑双硬脂酰胺5～10份，升温混合，冷却至室温，得到阳离子预制体；

第2步、阴离子预制体的制备：取煅烧石油焦碳30～40份、阴离子表面活性剂2～4份、环氧树脂10～20份，乙酸乙酯15～30份，升温混合，冷却后，得到阴离子预制体；

第3步、将阳离子预制体、阴离子预制体进行混合，烘干、球磨，得到混合物；

第4步、将混合物与石墨粉10～20份、氧化钛粉末2～4份、铁粉4～8份、镍粉2～4份、甲基硅油12～24份、聚碳酸酯5～10份混合均匀，在真空烧结炉中进行烧结后，得到碳/碳化硅复合材料。通过将焦碳和碳化硅分别通过制成预制体的方式，使它们带不同的电荷，使两者之间能形成较好的包裹，进而提高了摩擦材料的摩擦性能；

以上方法虽然能够提高材料的摩擦性能，但是在成本、规模以及生产效率方面存在一定的缺陷；

另一种生产C-SiC材料的方法是，以碳纤维为原料，结合硅粉、石墨粉直接反应烧结得到，如专利CN101486588A和专利CN102746015A：