[发明专利]一种碳化硅膜碳纤维-陶瓷摩擦材料的制备方法

说明书

一种碳化硅膜碳纤维‑陶瓷摩擦材料的制备方法，其特征在于，将石墨化碳纤维进行渗碳处理后进行沉积碳化硅处理制成碳化硅膜碳纤维，再将其短切后与金属硅粉、陶瓷粉、碳粉和混合溶液混合制成浆料，将该浆料快速注入压滤模具中保压后加热固化，经脱模、干燥后机械加工，再进行渗硅、氮化烧制成摩擦材料毛坯，再经精加工制成碳化硅膜碳纤维‑陶瓷摩擦材料。本发明所制备的摩擦材料具有强度高、韧性高、耐磨性高、使用寿命长等特点。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维和陶瓷材料复合摩擦材料的制备方法，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

2016年山东理工大学针对飞机刹车系统使用的摩擦材料申请了“一种氮化硅-碳化硅-碳纤维摩擦材料的制备方法，ZL201610014314.6”、“ 一种氮化硅-碳化硼-碳纤维摩擦材料的制备方法，ZL201610014313.1”等114项发明专利，它是采用石墨化的碳纤维毯或石墨化的针刺碳纤维毯或石墨化的编织碳纤维布或石墨化的三维编织碳纤维织块作为增强相，为连续碳纤维作为骨架结构增强摩擦材料，该技术在陶瓷粉体填充、渗硅等技术难度较大，成本较高。另外，目前国内外摩擦材料（特别是民用的，如，机床、轿车、大型货车、高铁等）有树脂基、金属基、陶瓷基、碳/碳复合材料等，普遍存在结构强度低、磨损率高、抵抗高温性能差、使用寿命短等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能克服上述缺陷、实现低成本制备更高强度、更高摩擦性能的摩擦材料的制备方法。其技术方案为：

将石墨化碳纤维进行渗碳处理后进行沉积碳化硅处理制成碳化硅膜碳纤维，再将碳化硅膜碳纤维短切制成碳化硅膜碳纤维粉，将碳化硅膜碳纤维粉、金属硅粉、陶瓷粉、碳粉均匀混合制成混合粉体，将混合粉体与混合溶液均匀混合制成浆料，将浆料充分搅拌后快速注入压滤模具、快速压滤保压并加热固化，经脱模、干燥后机械加工，再进行渗硅、氮化烧制成摩擦材料毛坯，再经精加工制成碳化硅膜碳纤维-陶瓷摩擦材料，其中，陶瓷粉为碳化硅粉，碳化硼粉，碳化钛粉，碳化锆粉，碳化钒粉，碳化镧粉，硼化锆粉，硼化铪粉，硼化钛粉，氮化硅粉，氮化硼粉，氮化铝粉，或上述两种或两种以上粉体的混合物，混合溶液为酚醛树脂-乙醇溶液，合脂-乙醇溶液，酚醛树脂-水溶液，具体步骤如下：

（1）将石墨化碳纤维在900~1100℃温度下通入天然气和氮气的混合气体，天然气:氮气的摩尔比为1:8~16，流量控制在100~1200 ml/min，渗碳处理1~10小时获得碳膜碳纤维；

（2）将上述碳膜碳纤维在900~1100℃温度下通入三氯甲基硅烷气、氢气和氩气的混合气体，三氯甲基硅烷气:氢气:氩气的摩尔比为1:6~10:8~12，流量控制在100~1200ml/min，沉积碳化硅处理1~10小时获得沉积碳化硅膜碳纤维；

（3）将碳化硅膜碳纤维短切制成长度为20μm-3mm的碳化硅膜碳纤维粉；

（4）将碳化硅膜碳纤维粉:粒度为0.5-100μm的金属硅粉:粒度为0.5-100μm的陶瓷粉:粒度为0.5-100μm的碳粉以重量百分比为10-70:10-5:20-10:60-15的比例均匀混合制成混合粉体；

（5）将混合粉体:含混合物浓度为5-50%的混合溶液以重量百分比为50:30-100的比例均匀混合制成浆料；

（6）将浆料充分搅拌后快速注入压滤模具、快速压滤、保压并在80-120℃的温度下加热固化，经脱模、干燥后机械加工制成尺寸精确的摩擦材料坯体；

（7）将摩擦材料坯体埋入渗硅料里，在真空气氛下1500~1800℃的温度下渗硅3~5小时制得摩擦材料毛坯，其中，渗硅料为粒度为2-5mm的单晶硅颗粒；

（8）将摩擦材料毛坯在1350~1700℃的温度下氮化处理4~10小时并冷加工制得碳化硅膜碳纤维-陶瓷摩擦材料。

本发明与现有技术相比，其优点为：