[发明专利]一种碳陶飞机刹车盘的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳陶飞机刹车盘的制备方法，包括如下步骤：以密度为1.0‑1.5g/cm³的C/C复合材料为坯体依次经过PIP处理、高温处理、RMI处理获得密度为2.0‑2.2g/cm³的碳陶复合材料；将碳陶复合材料于真空下多次浸泡于硅溶胶中、烘干直至碳陶复合材料的增重率为1％‑4％，然后热处理即获得碳陶刹车盘；所述RMI处理的过程为，将经高温处理的坯体置于铺设有硅粉和无定型碳化硅粉的石墨模具中，在真空条件下，渗硅反应，所述无定型碳化硅粉由碳化硅陶瓷先驱体于800‑1000℃烧结获得，所得刹车盘的摩擦性能中，摩擦性能稳定，摩擦系数可调，磨损量小，刹车过程中无明显振动，刹车曲线呈矩形、平稳、无尾翘，适用于飞机、直升机等高、低动量运载系统制动所需的飞机刹车盘。

技术领域

本发明属于制动材料开发领域，具体涉及一种碳陶飞机刹车盘的制备方法。

背景技术

碳陶复合材料作为公认的高性能制动材料，具有干湿态摩擦系数高且稳定，磨合性和导热性优良，使用负荷高，环境适应性强等优点。

目前，碳陶摩擦材料制备方法主要有先驱体浸渍裂解(PIP)和反应渗硅工艺(RMI)。这两种制备方法的基础是碳碳复合材料，而碳碳复合材料在制备过程中其热解碳基体的分布均匀性很难控制，且密度越高，不均匀性梯度越大。PIP工艺可以很好的消除碳碳材料在制备过程中引起的不均匀性，先驱体裂解生成的碳化硅与碳碳坯体或自身的结合能力较反应渗硅弱，不会对材料强度造成损伤，且刹车性能稳定，无振动，但先驱体浸渍裂解工艺制备的碳化硅为纳米级，且最终材料做不到表面致密，其摩擦系数偏低，湿态衰减较大，不适合应用于高能载刹车。

而目前用作飞机刹车的主要是采用反应渗硅工艺，然而反应渗硅工艺中，由于需消耗部分碳，要求碳碳坯体密度较高，且坯体中的大孔中填充的大量液态硅与碳又不能完全反应，导致硅的残余量高，制备的碳陶摩擦材料内部与表面微观结构和组分有较大差异，在刹车过程中易抱死，震动大，摩擦后期，刹车性能不稳定，湿态衰减过大。且在融渗过程中，液态硅与热解碳或部分碳纤维生成过强界面，造成材料强度损伤。总之，将反应渗硅的刹车盘用于制动领域中的使用还存在缺陷，如摩擦系数偏高，易抱死，震动大，对刹车系统其他零部件损伤大，且价格较高，目前，只是在部分军机上使用。

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碳陶飞机刹车盘的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明一种碳陶飞机刹车盘的制备方法，包括如下步骤：以密度为1.0-1.5g/cm³的C/C复合材料为坯体依次经过PIP处理、高温处理、 RMI处理获得密度为2.0-2.2g/cm³的碳陶复合材料；将碳陶复合材料于真空下多次浸泡于硅溶胶中、烘干直至碳陶复合材料的增重率为 1％-4％，然后热处理即获得碳陶刹车盘；所述RMI处理的过程为，将经高温处理的坯体置于铺设有硅粉和无定型碳化硅粉的石墨模具中，在真空条件下，渗硅反应，所述无定型碳化硅粉由碳化硅陶瓷先驱体于800-1000℃烧结获得。

本发明的制备方法，采用PIP和RMI工艺的结合，在RMI过程中同时以硅粉及无定型碳化硅粉作为渗硅原料，无定型碳化硅是由陶瓷先驱体于低温裂解所得的，发明人通过测试发现，当同时采用硅粉及无定型碳化硅粉作为渗硅原料，所得刹车材料的结合性能更佳，摩擦曲线更加平稳，磨损率降低，且具有湿态摩擦系数无衰减的特点，发明人推断，这是由于无定型碳化硅在较低温度开始即有很大的蒸发量可以促进产品中PIP制备的碳化硅晶粒长大，同时，发现其在1300℃以上，在真空条件下，会被蒸发进入工件内，并作为一种粘结剂，可以促进两种碳化硅的烧结为一体，主要是利用重结晶碳化硅烧结的蒸发凝聚机理，无定型碳化硅粉蒸发后，在真空条件下，会进入工件中，在两种工艺生成的碳化硅颗粒间凝聚，形成烧结颈，促进两种碳化硅间的结合。