[发明专利]一种汽车制动用C/C-SiC复合材料、其制备方法及应用

说明书

本发明属于C/C‑SiC复合材料制备领域，公开了一种汽车制动用C/C‑SiC复合材料、其制备方法及应用，该方法包括如下步骤：（1）采用高温热处理后的炭纤维预制体，通过化学气相沉积法制备得到炭/炭坯体；（2）对上述炭/炭坯体进行多次浸渍处理和固化裂解处理，得到炭/炭多孔坯体；（3）对上述炭/炭多孔坯体进行高温热处理；（4）将上述高温热处理后的炭/炭多孔坯体在惰性气氛保护下，进行包埋式反应熔融渗硅，得到C/C‑SiC复合材料。本发明方法一种工艺简单可控、制备周期短、生产成本低，制备得到的复合材料具有优良的耐摩擦性、热稳定性及环境适用性。

技术领域

本发明属于C/C-SiC复合材料制备领域，具体涉及一种汽车制动用C/C-SiC复合材料、其制备方法及应用。

背景技术

C/C-SiC复合材料是碳纤维增强C和SiC陶瓷双元基体复合材料，作为刹车材料不仅继承了炭/炭刹车材料密度小、刹车平稳，磨损失重率小、热容量大等优势，且克服了炭/炭刹车材料吸湿性大、湿态摩擦系数低、静摩擦系数低、适应性差的不足，是新一代高性能摩擦材料。目前，C/C-SiC复合材料在飞机刹车系统、高速列车刹车系统、汽车制动等领域均具有良好的应用前景。

目前，制动用C/C-SiC复合材料最广泛的制备方法是采用液硅反应融渗法（RMI），该方法是利用炭/炭多孔坯体内部连通孔隙的毛细管力将熔融状态的Si引入炭/炭多孔坯体，并通过液态Si与炭/炭坯体内部碳基体发生原位反应生成SiC基体，进而得到C/C-SiC复合材料。炭/炭多孔坯体多采用碳纤维针刺整体毡作为增强体，且通过化学气相沉积或液相树脂浸渍碳化方式引入碳基体。其中，采用化学气相沉积方法引入热解碳制备周期较长，达到炭/炭多孔体设计密度要求一般需要300小时以上沉积周期，生产成本较高，且容易产生闭孔，后期材料致密化程度较低；另外，炭/炭多孔坯体内部孔隙结构不均匀，SiC基体多分布于纤维束间较大孔隙处，且残余Si含量较高，所得C/C-SiC复合材料多呈梯度结构特征。采用液相树脂浸渍碳化引入碳基体一方面无法在碳纤维表面形成连续碳基体的保护层，反应融渗过程中液Si进入纤维束内部可与碳纤维发生反应造成碳纤维损伤，进而影响C/C-SiC复合材料的承载性能；另外，传统树脂成碳形式多为致密的块体结构，液Si难以与其充分发生反应生成SiC，且纤维束间孔隙内部存在高含量的残余Si。采用上述两种方式引入碳基体均无法使炭/炭多孔坯体拥有理想的连通孔隙结构，且通过反应融渗法得到的C/C-SiC复合材料内部SiC分布不均匀，富含残余Si，C/C-SiC复合材料的摩擦性能和稳定性较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有SiC分布均匀、残余Si含量低、耐磨损、摩擦系数适中、制动平稳、环境适应性强、制造过程简单且成本较低的汽车制动用C/C-SiC复合材料制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下述技术方案：

本发明一种C/C-SiC复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）采用高温热处理后的炭纤维预制体，通过化学气相沉积法制备得到炭/炭坯体；

（2）对上述炭/炭坯体进行多次浸渍处理和固化裂解处理，得到炭/炭多孔坯体；

（3）对上述炭/炭多孔坯体进行高温热处理；

（4）将上述高温热处理后的炭/炭多孔坯体在惰性气氛保护下，进行包埋式反应熔融渗硅，得到C/C-SiC复合材料。

优选地，上述C/C-SiC复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）采用高温热处理后体积密度为0.38～0.60g/cm³的炭纤维预制体，利用化学气相沉积法制备热解碳界面，获得体积密度为0.5～0.75 g/cm³的炭/炭坯体；

其目的在于利用热解碳界面保护碳纤维，防止后续反应融渗过程中液Si与纤维发生反应造成纤维损伤；