[发明专利]一种陶瓷增强碳/碳复合材料制动盘的制备方法

说明书

本发明公开一种陶瓷增强碳/碳复合材料制动盘的制备方法，将碳纤维预制体放入沉积炉中，先采用化学气相渗透工艺，再使用液相树脂或液相沥青进行能浸渍‑碳化工艺，得到碳/碳复合材料制动盘坯体，将该坯体进行液相渗硅处理，得到密度为2‑2.2g/cm³的盘体，按照所需制动盘的形状和尺寸进行机械加工，得到陶瓷增强碳/碳复合材料制动盘。本发明通过合理的成分配比以及制备工序，制备出了力学性能和抗氧化性优良，耐摩擦，耐磨损的优质陶瓷基碳/碳复合材料制动盘，本发明的制动盘重量轻，制动性能好，生产周期短，可进行工业化生产，可提高交通运输工具制动系统刹车效能，减轻制动系统重量，延长制动盘的使用寿命，拥有良好的市场前景。

技术领域

本发明涉及交通装备制动装置技术领域，更具体的涉及一种陶瓷增强碳/碳复合材料制动盘的制备方法。

背景技术

盘式制动器是目前汽车和轨道交通车辆应用得最为广泛的制动器，具有构造相对简单、维修方便、制动效果稳定、系统反应快速等一系列优点。制动盘是盘式制动器的关键零件，对汽车和轨道交通车辆的安全行驶起到至关重要的作用。目前大多数制动盘是铸铁制成，在实际应用中存在以下问题：(1)耐磨性差，磨损较快；(2)散热效果不好，反复踩刹车后将导致刹车力量因为受热而明显损失；(3)重量较重，不利于交通装备的节能降耗；(3)容易生锈，不但影响美观，而且影响制动性能。

近年来，由于环保和节能的需要，轻量化是实现轨道交通车辆、节能与新能源汽车等交通装备节能、减排、降耗最有效的手段之一，是不可逆转的趋势。采用高性能陶瓷增强碳/碳复合材料代替钢铁材料应用于交通装备制动盘等关键零部件部位，不仅可减轻整车重量，更重要的是降低交通装备高速运动部件的动量，能进一步改善交通装备的动力性能和降低能耗。

我国轨道交通发展极为迅速，高速列车及城市轨道领域的轻量化势在必行。截至2016年底，全国高速铁路营业里程2.2万公里，2016年7月国家发改委出台《中长期铁路网规划》指出：到2025年，我国高速铁路网规模达3.8万公里左右，比2015年底翻一番。并预估，到2030年我国远期高速铁路网规模将达到4.5万公里左右，整体铁路规模将达到20万公里。另外，城市轨道交通发展势头迅猛，截至2016年底，中国有43座城市获批建设城市轨道交通，其中有29座城市开通运营130条(段)线路，运营线路长度3849公里，其中北京和上海的运营线路长度均超过550公里，位居世界前列。同时全国还有超过百条线路正在建设，预计到2020年，城市轨道交通运营线路长度将达到6000公里左右。高性能制动装置是发展高速列车的基础。高速列车快速发展的同时，其对制动材料也提出了更高、更新的要求。制动材料必须保证在高速、高能下具有较高的摩擦性能、稳定性、优异的抗疲劳性能、较强的抗热裂纹扩展能力以及较高耐磨损性能。同时，在紧急情况下，必须具有保证高速列车安全的紧急制动距离。目前，纯空气盘形制动是300km/h等级的高速列车实施安全制动的最重要的手段。提高高速列车制动材料性能和减轻制动材料比重是进一步实现高速列车高速化和轻量化的必经之路。高铁制动盘属于簧下质量，其质量几乎占整个转向架的20％，制动盘的轻量化有助于提高转向架的动力学品质，减少牵引能耗。日本新干线的试验结果表明，将轴重由16吨减少到11.3吨，可减少34％的运行成本。

汽车方面，据权威机构统计公布，2016年全球汽车产量达9497万辆，增速为4.5％。其中，中国汽车产量为2811万辆，增长14.5％，是全球最大汽车产销市场。2015年我国石油对外依存度首次超过60％，车用燃油消耗约占汽、柴油消耗59％，其中乘用车占45％；按照目前我国汽车的保有量、年产量和增长速度，预计10年后石油依存度将达到70％左右。汽车轻量化是实现上述目标的重要手段。国外研究数据显示，汽车自重约消耗70％的燃油，汽车整车质量每减少100kg，百公里油耗可降低0.3-0.6L。如果作为汽车运动部件的制动盘减重的话，其节能降耗的效果优于车身等其他固定部件的8-12倍。同时，汽车轻量化对于汽车的主动安全能起到正面的影响，可在一定程度上改善汽车的安全性能。