[发明专利]一种碳陶制动盘用碳纤维预制体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳纤维预制体及其制备方法和应用，首先根据制动盘结构尺寸将碳布(无纬布)和网胎进行仿形裁剪；接着将碳布(无纬布)和网胎交替叠层并逐层针刺并辅助加工得到含通风槽结构的预制体中间层，同时加工出通风槽结构的仿形填充物并填充于中间层内；然后将碳布(无纬布)和网胎交替叠层并逐层针刺制得预制体底层和上层；最后对制得的预制体毛坯进一步加工获得制动盘预制体成品。本发明的碳纤维制动盘预制体能够实现承载、散热、近尺寸一体化制备，提高了原材料利用率、缩短了碳陶制动盘后续生产加工周期，能够大幅度降低碳陶制动盘制造成本，有效推动碳陶材料在航空、轨道交通和汽车制动领域的应用。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维预制体及其制备方法和应用，属于碳陶复合材料制备技术领域。

背景技术

碳陶复合材料密度低、强度高、摩擦系数稳定、磨损量小，被公认为继碳碳复合材料后的新一代刹车材料。与钢质制动盘相比，碳陶制动盘重量减轻约三分之二，能载水平提高一倍，使用寿命提高1-2倍，在高速列车、赛车重载车辆以、特种车辆、高档轿车等制动系统应用前景广阔。

目前，碳陶制动盘预制体制备方法可分为两大类：一是采用短纤维热压成型，二是采用长纤维针刺成型。中国专利CN 103553695A公开了一种碳陶复合材料制动盘及制备方法，其是通过将短碳纤维、硅粉、粘接剂、无水乙醇等按配比混匀然后在磨具中压制固化成型得到制动盘预制体坯体，通风槽等散热结构须在坯体增密后方可加工，散热结构简单，可设计性差，也增加了加工难度，此外该方法制备的制动盘力学性能也较低。美国专利US5184387公开了一种环装碳纤维预制体制备方法，其是先将碳纤维单向布针刺至一定厚度后将其分割成多个扇形结构单元，然后将扇形结构单元拼接出环形结构，各单元间纤维取向可设计，上下单元层之间通过针刺连接；该方法能够有效提高原材料利用率，用于制备高性能C/C和C/C-SiC制动盘，但制动盘散热结构仍需后续加工。

发明内容

本发明针对技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种的碳陶制动盘用碳纤维预制体的制备方法。

本发明的第二个目的在于提供上述制备方法所制备的碳陶制动盘用碳纤维预制体。

本发明第三个目的在于提供上述制备方法所制备的碳陶制动盘用碳纤维预制体的应用，将其用于制备碳陶制动盘，可实现近尺寸一体化成型具有承载、散热功能的碳陶制动盘。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种碳陶制动盘用碳纤维预制体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：预制体中间层的制备

先采用一层碳布或无纬布与一层网胎交替叠层并逐层针刺制得预制体中间层粗坯，然后依据图纸，在预制体中间层粗坯加工出通风槽，同时在通风槽中填充上通风槽尺寸匹配的填充物获得预制体中间层，

步骤2碳纤维预制体的制备

在步骤1所得预制体中间层的上面采用一层碳布或无纬布与一层网胎交替叠层并逐层针刺制得预制体底层，然后将所得预制体翻转，再于预制体中间层的另一面继续采用一层碳布或无纬布与一层网胎交替叠层并逐层针刺制得预制体上层，按图纸加工后，即得碳纤维预制体。

在实际操作过程中，在进行预制体的制备之前，先将所需用到的碳布、无纬布、网胎裁剪成制动盘相应圆环状坯料。在本发明中，所用的碳布、无纬布、网胎中的碳纤维为T700级。在实际操作过程中，采用东丽T700-12K或同级别其他型号。

另外，在实际操作过程中，在碳纤维预制体加工完后，若检查有连接不牢固的地方，进行人工补刺。

本发明将碳纤维预制体分层制备，先预制出带通风槽的预制体中间层，这样可以制备异型、复杂图案的通风槽，使得用其制备的碳陶制动盘散热性能更佳。