[发明专利]一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将碳/碳复合材料盘体的上、下表面均进行开槽处理，然后先在上表面的槽中进行涂层浆料的涂刷，直至涂层浆料将上表面的槽填满，然后再翻转/碳复合材料盘体，于下表面的槽中进行涂层浆料的涂刷，直至涂层浆料将下表面的槽填满，获得含涂层浆料的碳/碳复合材料盘体，依次进行固化、碳化以及陶瓷化处理即得碳陶制动盘。本发明提出的耐磨及抗氧化涂层的制备工艺简单，易实现大规模工业化量产，涂层外观光亮平滑，涂层与盘体之间结合强度高，尺寸精度易精确控制，可以有效地解决陶瓷化后的制动盘在进行机加工处理时易出现尺寸控制不准的问题。

技术领域

本发明涉及一种具有耐磨及抗氧化涂层碳陶制动盘及其制备方法，属于碳陶复合材料的制备技术领域。

背景技术

近年来，碳纤维增强碳基及碳化硅陶瓷基复合材料(简称：碳陶)由于具有耐磨、质轻以及耐高温等优异性能，其可作为新一代制动领域的高性能摩擦材料而广泛应用制动盘的制备。

然而，现有的碳陶制动盘通常都是采用高温熔渗的工艺对碳/碳复合材料(碳纤维增强碳基复合材料)进行渗硅，液硅从碳/碳复合材料内部的孔隙进入其内部，与碳/碳复合材料中的碳基反应生成具有优异耐磨性能的碳化硅。考虑到碳/碳复合材料本身材料内部的孔隙大小以及孔径的分布不均匀，导致生成的碳化硅也会存在分布不均匀。若将其应用于高速列车制动领域时，由于刹车过程中会产生巨大的热量使得制动盘温度急剧上升(可达到1000℃以上的高温)，对于碳陶制动盘表面有碳化硅材料覆盖的部分可承受高温的冲击，但对于未被碳化硅覆盖的碳纤维或碳基体则容易在高温条件下发生氧化，从而导致碳陶制动盘表现形成一定的氧化侵蚀凹坑，最终影响到整个碳陶制动盘的使用寿命以及制动性能的稳定性。

另外，考虑到碳陶材料不易加工的特性，目前的碳陶制动盘的加工工序一般是在对碳/碳复合材料进行高温熔渗工艺处理之前，先将碳/碳复合材料按照制动盘的外形尺寸加工至大致差不多的尺寸(留有一定余量)后，然后分别再进行高温熔渗处理和精加工处理。然而，对于碳/碳复合材料在经过高温熔渗处理后很容易出现材料本身尺寸的微变形，这样很容易导致在精加工处理过程中出现某些区域过加工而尺寸无法满足产品的标准尺寸要求。

专利CN112253660A提出一种可粘结的碳陶制动盘耐磨损涂层，其通过一种由低碳树脂和酒精所组成的粘结剂，将由碳化硅、碳粉、低碳树脂以及硅粉所组成的耐磨损层和碳陶制动盘通过高温固化粘结在一起。该技术制备的耐磨涂层在刹车能载高的情况下很容易出现耐磨损层与碳陶基体之间的脱粘，特别是在高速高能载的制动条件下，该粘结剂组分通过简单的高温固化无法满足耐磨涂层部分与碳陶基体之间的紧密粘接，其出现脱粘的风险极大。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘及其制备方法。

本发明所采取的技术方案如下：

本发明的一种具有耐磨及抗氧化涂层的碳陶制动盘的制备方法，包括如下步骤：将碳/碳复合材料盘体的上、下表面均进行开槽处理，然后先在上表面的槽中进行涂层浆料的涂刷，直至涂层浆料将上表面的槽填满，然后再翻转碳/碳复合材料盘体，于下表面的槽中进行涂层浆料的涂刷，直至涂层浆料将下表面的槽填满，获得含涂层浆料的碳/碳复合材料盘体，依次进行固化、碳化以及陶瓷化处理即得碳陶制动盘；

所述涂层浆料，按质量百份比计，其组成如下：树脂30wt％～50wt％，SiC粉30wt％～60wt％，Si粉0wt％～10wt％。

本发明提供的制备方法，在碳/碳复合材料盘体的基础上即进行涂层浆料的涂刷，含涂层浆料的碳/碳复合材料盘体在分别经过固化及碳化处理后，最后在进行陶瓷化处理过程中，既可以实现碳/碳复合材料盘体与浆料涂层的同步陶瓷化，同时可以将涂层部分与碳/碳复合材料盘体紧密地结合为一体，显著提高了耐磨损层与碳陶基体的粘结强度，从而有效避免了耐磨层与碳陶基体之间的脱粘。