[发明专利]一种低磨损汽车碳/陶刹车片的制备方法

说明书

本发明涉及一种低磨损汽车碳/陶刹车片的制备方法，属于碳纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺技术领域，制备三维针刺预制体，通过化学气相沉积、先驱体浸渍裂解结合反应熔体渗透工艺，通过引入碳化钛陶瓷粉在多孔碳/碳复合材料内部原位反应生成Ti₃SiC₂和SiC相，达到基体材料中物相软硬匹配，降低材料磨损率和解决刹车啸叫问题，满足碳/陶刹车盘的应用工况需求。

技术领域

本发明涉及一种低磨损汽车碳/陶刹车片的制备方法，是一种采用化学气相渗透、树脂浸渍碳化结合反应熔体浸渗制备汽车碳陶刹车片的方法，属于碳纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺技术领域。

背景技术

碳/陶复合材料具有轻质、耐高温、高强度等优异性能，被广泛的应用于高温热结构材料方面，如航空发动机、机翼前缘、导弹鼻锥等。20世纪90年代，碳/陶复合材料开发应用于汽车、飞机和高铁刹车材料领域。目前碳/陶刹车材料已成功应用于奥迪A8L、保时捷911、法拉利等高档轿车和赛车。

但是，目前上述汽车采用的主要是碳陶盘与半金属刹车片的互对偶材料，而半金属刹车片在制动时存在摩擦系数低、磨损大、高速重载条件下存在制动性能衰退等缺点，在互对偶工况条件下未能完全将碳/陶刹车材料摩擦性能稳定、磨损小等优点完全发挥出来。

市场上存在多种耐磨损、高摩擦系数的陶瓷刹车片，这些陶瓷刹车片主要通过降低刹车片与金属盘的硬度差值，从而达到在于金属盘对偶匹配过程中高摩擦性能的特点。但是由于碳/陶刹车盘自身硬度远高于金属盘，普通的陶瓷刹车片无法满足碳/陶盘的对偶匹配需求，而采用与碳/陶盘自身相同材料直接作为碳/陶刹车片又存在摩擦系数过高、磨损大和刹车啸叫等问题。

目前市面上的刹车片主要采用树脂与填料混合然后热压烧结制成，属于半金属或低金属树脂基复合材料。通过现有技术直接制备碳陶刹车片，此时材料中的主要物相成分为碳相和碳化硅，这两种物相的硬度差距较大，直接作为汽车刹车片与碳陶刹车盘进行刹车对偶匹配时会存在摩擦系数过高，磨损过大以及产生刹车啸叫等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种低磨损汽车碳/陶刹车片的制备方法，通过化学气相沉积、先驱体浸渍裂解结合反应熔体渗透工艺，通过引入碳化钛陶瓷粉在多孔碳/碳复合材料内部原位反应生成Ti₃SiC₂和SiC相，达到基体材料中物相软硬匹配，降低材料磨损率和解决刹车啸叫问题，满足碳/陶刹车盘的应用工况需求。

本发明的技术方案如下：

一种低磨损汽车碳/陶刹车片的制备方法，包括步骤如下：

步骤1：制备三维针刺预制体，将三维针刺预制体进行高温热处理，处理气氛为Ar气；

步骤2：将高温热处理后的三维针刺预制体通过化学气相渗透CVI沉积热解碳，先驱体为CH₄和C₃H₈，得到密度为0.8g/cm³-1.2g/cm³的碳/碳复合材料；通过化学气相沉积制备具有一定密度的碳碳复合材料，增强纤维预制体的力学性能，防止纤维预制体在树脂浸渍裂解过程中出现变形；

步骤3：将TiC粉末加入酚醛树脂溶液中，加入固化剂，球磨后得到含TiC粉末的TiC酚醛树脂溶液；

步骤4：将步骤2中密度为0.8g/cm³-1.2g/cm³的碳/碳复合材料在真空炉中进行真空压力浸渍步骤3所得的TiC酚醛树脂溶液，浸渍过程中通过惰性气体加压；浸渍完成后，取出，在烘箱内进行固化；通过在碳/碳复合材料中浸渍含TiC陶瓷粉的树脂溶液，在材料内部引入了可原位反应的TiC，提高了材料内部各区域的物相均匀性；

步骤5：将步骤4中浸渍后的碳/碳复合材料通过碳化炉进行碳化处理，得到密度为1.2-1.7g/cm³的含碳化钛的碳/碳复合材料；