[发明专利]一种汽车刹车盘的制备方法

说明书

一种汽车刹车盘的制备方法，采用碳纤维预浸料一体成型模压制备汽车刹车副预制体，以聚氮硅烷溶液和聚碳硅烷溶液作为陶瓷先驱体，先采用一体成型模压工艺制备汽车刹车副预制体，使预制体密度＞1.4g/cm³，再利用液态陶瓷先驱体浸渍碳纤维汽车刹车副预制件，液态先驱体在交联固化后再经过高温裂解转化为陶瓷基体，随后重复浸渍‑裂解过程以最终制得碳纤维增强碳基/陶瓷基复合材料。不仅大大缩短生产周期，降低生产成本，提高增密效率，而且通过聚碳硅烷与聚氮硅烷的浸渗比例调节，能够同时优化汽车刹车副的摩擦性能与机械强度。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强碳基/陶瓷基复合材料制造领域，涉及一种碳/陶汽车刹车盘的制备方法。

背景技术

随着现代交通运输工具和动力机械向高速度高能载发展，对摩擦材料提出了更高效能、更高安全性、可靠性和更苛刻环境适应性等要求。世界上最快的跑车极速达到431km/h，在此速度下强行制动，则普通摩擦材料会迅速失效。因此，高性能和高可靠摩擦材料能够满足制动系统在高速度高能载工况条件下的安全运转是当前的迫切需求。

汽车的制动方式有两种，即盘式刹车和鼓式刹车。由于盘式刹车相较鼓式刹车散热性好，在高速制动状态下，不容易产生热衰退。因此，现在很多中高级轿车采用全盘式刹车。盘式制动器主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘固定在车轮上，随车轮转动；分泵固定在制动器的底板上；制动钳上的两个摩擦闸片分别装在制动盘的两侧。刹车时，分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦闸片压向制动盘发生摩擦制动。由于摩擦作用，刹车闸片和制动盘会被逐渐磨损。目前，大部分汽车使用的是树脂基刹车片或者粉末冶金刹车片。然而，树脂基刹车片受高温下树脂热解的影响，摩擦材料的工作温度不能过高(一般在400℃以下)。粉末冶金刹车片的缺点在于密度大(约7.0g/cm³)，抗腐蚀性差，与对偶件易黏着，同时其力学性能受温度的影响较大。

碳/陶复合材料刹车盘具有重量轻、比强度高、比热容较大、导热系数高、动静摩擦系数匹配、刹车性能稳定、抗冲击性能好等优点，尤其是具有耐海水、抗盐雾腐蚀能力强的特性。碳/陶复合材料刹车盘与传统的粉末冶金刹车盘相比，碳/陶复合材料刹车盘的重量减轻了大约60％，非悬挂质量平均减轻了20千克，这令悬挂系统的反应更快，因而能够提升车辆整体的操控水平；粉末冶金刹车盘容易在全力制动下或高速高能载下因制动产生的高热量引起热衰退，而碳/陶复合材料刹车盘能有效而稳定的抵抗热衰退；碳/陶复合材料刹车盘在制动最初阶段就立刻能产生最大刹车力，整体制动比粉末冶金刹车盘反应更快；碳/陶复合材料刹车盘拥有非凡的耐用性，如果正常使用可达到终生免更换，而粉末冶金刹车盘一般用上5年左右就需更换。

目前，国内碳/陶复合材料汽车刹车盘的制备方法一般是选取三维针刺碳纤维预制体采用化学气相渗透法(CVI)+熔硅浸渗法(RMI)增密工艺或者采用化学气相渗透法(CVI)+聚合物浸渗热解法(PIP)增密工艺。而这两种工艺存在生产周期长、工艺成本高、沉碳效率低等缺点。

在公开号为103342570A的发明创造中公开了一种低成本熔硅浸渗法制备C/SiC复合材料的方法，将碳毡浸入碳/碳化硅浆料水溶液中进浸渗进行一次熔融渗硅处理，再浸入酚醛树脂碳化处理，最后进行二次熔融渗硅处理，得到C/SiC复合材料制备刹车片。该工艺工序繁琐，且多次高温熔融渗硅处理会腐蚀碳纤维，造成力学性能降低，且较多的残余硅会导致在刹车过程中刹车片粘结。

在公开号为105016759A的发明创造中公开了一种利用聚合物浸渗热解法(PIP)结合放电等离子烧结(SPS)快速制备C/SiC复合材料的方法，适用于厚度小于0.3mm的薄层碳纤维预制体作为复合材料增强体，先采用CVI法增密，再使用PIP法使得薄层复合材料密度超过80％，最终进行SPS烧结使其致密化。该方法只适用于小型致密结构件，无法快速制备中型及大型结构件，且生产设备成本较高。

发明内容