[发明专利]一种带有陶瓷功能层的高强度炭/陶制动盘

权利要求书

1.一种带有陶瓷功能层的高强度炭/陶制动盘，其特征在于：先对双元炭基体的炭/炭坯体进行高温石墨化处理，然后通过液相硅熔渗反应将石墨化后的双元炭基体的炭/炭坯体制备成炭/陶制动盘坯体，再通过陶瓷前驱体胶液在炭/陶制动盘坯体表面的原位反应形成陶瓷功能层，即得到所述制动盘；

双元炭基体的炭/炭坯体是先利用化学气相沉积工艺在炭纤维预制体的炭纤维表面包覆热解炭，然后利用浸渍碳化工艺在炭纤维预制体的孔隙中填充树脂炭或沥青炭制备得到的；其中，炭纤维预制体是由炭纤维与炭网胎针刺形成的且密度为0.4~0.6g/cm³，包覆热解炭后的密度增至0.8~1.3 g/cm³，填充树脂炭或沥青炭后的密度继续增至1.0~1.5g/cm³，相应地炭/陶制动盘坯体的密度为1.9~2.4g/cm³；

陶瓷前驱体胶液是由热固性树脂、聚甲基硅烷及硅粉按照30：（15~40）：（30~55）的质量比配制而成的。

2.根据权利要求1所述的一种带有陶瓷功能层的高强度炭/陶制动盘，其特征在于：炭纤维预制体采用如下步骤制备：将炭纤维铺展与炭网胎预针刺做成炭纤维-炭网胎单元层，在平板针刺机上采用若干炭纤维-炭网胎单元层逐层平铺、接力针刺的方式形成2.5D炭纤维平板毡，按制动盘尺寸进行裁切得到炭纤维预制体。

3. 根据权利要求2所述的一种带有陶瓷功能层的高强度炭/陶制动盘，其特征在于：炭纤维-炭网胎单元层针刺过程中，通过调整铺层方向，形成0°/90°交替叠层针刺，针刺密度为16~30针/cm²；炭纤维选用12~48K 炭纤维。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种带有陶瓷功能层的高强度炭/陶制动盘，其特征在于：双元炭基体的炭/炭坯体的具体制备步骤如下：

将密度为0.4~0.6g/cm³的炭纤维预制体放入化学气相沉积炉中，在高温900~1200 ℃及真空度500~4000Pa条件下通入碳源气体及稀释气体进行化学气相沉积，在炭纤维预制体表面形成包覆炭纤维的热解炭，得到密度为0.80~1.3g/cm³的单元炭基体的炭/炭坯体；

将单元炭基体的炭/炭坯体放入真空-压力浸渍固化炉中，将浸渍剂加热至软化，采用真空法或压力法对单元炭基体的炭/炭坯体进行浸渍处理，使浸渍剂进入单元炭基体的炭/炭坯体的内部孔隙，并将剩余浸渍剂排出，随后升温至170~220℃，保温1~4h，使单元炭基体的炭/炭坯体中的浸渍剂发生固化反应，之后再装入炭化炉，控制炭化处理温度为850~1000℃，炭化时间为2~6h，得到密度为1.0～1.5g/cm³的双元炭基体的炭/炭坯体；

其中，碳源气体为天然气或丙烯，稀释气体为氮气或氢气，且碳源气体与稀释气体的体积比为（1~3）:1；浸渍剂为糠酮树脂、酚醛树脂或沥青，压力浸渍时炉内压力不小于1.5MPa。

5.根据权利要求1所述的一种带有陶瓷功能层的高强度炭/陶制动盘，其特征在于：对双元炭基体的炭/炭坯体进行高温石墨化处理的具体步骤如下：将双元炭基体的炭/炭坯体装入高温处理炉，通入氮气或惰性气体保护气氛下，升温至1800~2400℃，并保温1~6h，完成双元炭基体的炭/炭坯体的高温石墨化处理。

6.根据权利要求1所述的一种带有陶瓷功能层的高强度炭/陶制动盘，其特征在于：炭/陶制动盘坯体的具体制备步骤如下：先按照最终产品图纸对石墨化后的双元炭基体的炭/炭坯体进行机械加工，制得成型坯体；然后将成型坯体放入石墨坩埚内，并根据最终产品的体积计算填料量投入硅粉，填料完毕后将石墨坩埚装入高温炉内，升温至1600~2000℃，保温1~4h，控制真空度为200~2000Pa，得到密度为1.9~2.4g/cm³的炭/陶制动盘坯体。

7.根据权利要求6所述的一种带有陶瓷功能层的高强度炭/陶制动盘，其特征在于：将硅粉平铺于坩埚底部，硅粉中放置5~8个多孔碳化硅材料制成的垫块支撑起成型坯体，使硅粉不接触成型坯体。