[发明专利]一种抗氧化性能强碳陶刹车材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种抗氧化性能强碳陶刹车材料的制备方法，该方法在三维针刺碳/陶刹车材料的基础上，通过在热解碳与热解碳之间引入CVI沉积B₄C工艺技术得到碳/碳‑碳化硼复合材料，高温处理后进行渗硅处理，获得密度为1.9g/cm³‑3.0g/cm³抗氧化碳/碳‑碳化硼‑碳化硅复合材料，本发明的方法可以有效保护碳化硼层内部的热解碳基体和碳纤维不受氧气侵蚀，同时也不影响碳化硼层外部的热解碳层与熔融硅发生反应生成碳化硅，保护了碳化硼层自身的完整性；提升各区域陶瓷相分布的均匀性，利用碳化硼自身的高硬度，提高碳/碳区域的机械抗磨损能力，通过多层结构设计，材料失效过程中裂纹的扩展路径延长，有利于应力释放，提高基体承载能力，刹车材料的强韧性更好。

技术领域：

本发明涉及一种抗氧化性能强碳陶刹车材料的制备方法，属于碳纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺技术领域。

背景技术：

碳纤维增强陶瓷基复合材料具有耐高温、高强度、轻质等优势，其克服了传统陶瓷脆性大、可靠性差等缺点。材料的断裂行为与金属类似，对裂纹的敏感性低，不会发生灾难性破坏。碳纤维增强陶瓷基复合材料广泛应用于高温热结构方面，如航天器的发动机、宇宙飞船的热防护器、汽车和飞机的刹车材料等。

碳陶刹车材料是继粉末冶金刹车材料和碳/碳刹车材料之后发展起来的新型高性能刹车材料。与传统刹车材料相比，碳/陶刹车材料具有密度低、强度高、耐高温、低磨损、摩擦系数稳定和使用寿命长等优点；与碳/碳刹车材料相比，碳/陶刹车材料通过引入适量SiC陶瓷相作为基体，有效提高了基体的抗氧化性能和材料的摩擦磨损性能，并显著改善了外界环境介质(潮气、霉菌和油污等)所造成的摩擦性能衰退现象。

如,中国专利文献CN103511525A公开了一种用于高速列车的碳陶制动闸片及其制备方法。本发明所述碳陶制动闸片由碳陶复合材料制成，所述碳陶复合材料以质量百分比计包括下述组分组成：碳纤维：16-30％；热解碳：20-36％；碳化硅：28-46％；二硅化钼：6-12％；单质硅： 2-6％；所述碳陶复合材料的密度为1.8-2.4g/cm³；所述碳纤维以三维网状结构均匀分布于碳陶复合材料中。本发明将密度为0.20-0.65g/cm³的碳纤维毡高温热处理后通过热梯度化学气相沉积渗碳处理在碳纤维毡内生成热解碳，再通过催化石墨化处理、非浸泡式熔融浸渗、组装，得到高速列车用碳陶制动闸片。所制备的材料摩擦系数适中、耐磨性好、制动平稳、环境适应性强，能满足时速达200Km/h以上的高速列车的制动要求。

高铁与汽车均采用盘/片卡钳式刹车结构，刹车过程中，整个摩擦界面直接暴露在空气中，摩擦界面的纤维和PyC(热解碳)在高温下易发生氧化，摩擦界面力学性能降低而导致材料脆性剥落，磨损增大。而防止刹车过程中因材料氧化而导致摩擦界面产生脆性剥落并形成稳定摩擦界面，是降低磨损并提高刹车性能稳定性的关键所在。因此，防止纤维和PyC氧化对保持摩擦界面力学性能和维持摩擦界面稳定性具有极为重要的意义。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种抗氧化性能强碳陶刹车材料的制备方法。

发明概述：

本发明是在三维针刺碳/陶刹车材料的基础上，通过在热解碳与热解碳之间引入CVI沉积 B₄C工艺技术得到碳/碳-碳化硼复合材料，高温处理后进行渗硅处理，获得密度为1.9g/cm³-3.0g/cm³抗氧化碳/碳-碳化硼-碳化硅复合材料；提高了碳/陶刹车材料在高速高能载条件下的抗氧化能力，降低氧化磨损。解决了目前碳/陶刹车材料在汽车和高铁应用开发过程中存在摩擦界面抗氧化性能差、磨损严重和摩擦界面稳定性差等问题。

发明详述：

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种抗氧化性能强碳陶刹车材料的制备方法，包括步骤如下：