[发明专利]一种带有陶瓷功能层的高强度炭/陶制动盘

说明书

本发明涉及一种带有陶瓷功能层的高强度炭/陶制动盘，属于车辆制动零件技术领域。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；其中，采用双元炭基体的炭/炭坯体能有效保护炭纤维不受硅液侵蚀以及降低残留硅的比例，原位反应形成陶瓷功能层与基体结合力好且厚度可调。所述的制动盘具有机械强度高、摩擦系数高、磨损率低、抗氧化性能好、使用寿命长的特点，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种带有陶瓷功能层的高强度炭/陶制动盘，属于车辆制动零件技术领域。

背景技术

炭/陶复合材料是炭纤维增强炭和碳化硅陶瓷基体复合材料，最早在20世纪80年代作为热结构材料出现，具有密度低、抗氧化性能好、耐腐蚀、优异的高温力学性能和热物理性能，是一种能满足1650℃使用的新型高温结构材料和功能材料。炭/陶复合材料作为制动材料具有抗磨损、耐高温、密度小、热容量大、湿态摩擦性能稳定、高温摩擦系数不衰减等优势，将成为新一代汽车、高铁、飞机、坦克等首选制动材料。

德国专利DE 19727585 A1公开了一种短切纤维增强C/SiC陶瓷制动盘和制动衬片的组合，所述制动盘由短切炭纤维模压成型后进行陶瓷化处理，制动衬片由烧结金属材料或具有陶瓷粘结相和金属颗粒的非有机粘结材料形成。中国专利CN113548902 A公布了一种炭纤维增强碳化硅刹车盘的制备方法，先将短切炭纤维进行热处理，然后将混合长度的短切炭纤维与树脂以及添加剂混合均匀后放入模压机中模压，再在氮气或惰性气体保护气氛下进行高温裂解，最后在真空熔渗炉中进行硅熔渗，得到炭纤维增强碳化硅刹车盘。以上方法生产的炭/陶刹车盘机械强度不足，使用过程中遇硬物撞击容易出现裂纹失效。

美国专利US7445095“braking system having a composite-material brakedisc”公布了一种带摩擦层的炭/陶刹车盘和复合材料刹车片的组合，其摩擦系数0.4~0.48，摩擦性能优良。存在的问题是，表面摩擦层中含有大量的短切炭纤维，在制动时制动盘摩擦表面温度迅速升高，炭纤维在高温情况下氧化失强，导致制动盘磨损率增大、使用寿命较短。

中国专利CN105565839 A公布了一种炭/陶刹车材料的制备方法和一种炭/陶刹车盘的制备方法。利用酚醛树脂溶液中添加陶瓷粉，获得混合料，利用混合料浸渍进入炭纤维坯体，炭化后获得多孔炭/炭-陶瓷粉复合材料，机械加工后在真空炉中进行渗硅处理得到炭/陶刹车盘。存在的问题是，多孔炭/炭-陶瓷粉复合材料机械加工困难；作为增强体的炭纤维缺少表面防护，渗硅处理时硅会对纤维造成侵蚀损伤，导致刹车盘力学强度不足。

中国专利CN111892416 A公布了一种炭/陶刹车材料的制备方法，该方法通过将低密度炭/炭坯体置于硅粉浸渍浆料中，浸渍完成后烘干，然后将硅粉浸渍后的炭/炭坯体装入硅化处理炉中，高温下炭坯体内的硅粉与坯体表面的沉积炭原位发生熔融化学反应，形成SiC陶瓷相。存在的问题是，利用硅粉浸渍浆料浸渍后的炭/炭坯体硅粉集中在外层，硅粉含量自内向外递减，导致陶瓷化后的制动盘材料不均匀，外层残留硅过多，内层SiC陶瓷含量过低，影响制动性能。

中国专利CN113277869 A公布了一种具有耐磨及抗氧化涂层的炭/陶制动盘及其制备方法，该方法通过在炭/炭坯体上预先开的槽中刷涂含有60%的SiC颗粒的耐磨浆料，后采用蒸镀渗硅工艺进行涂层，硅粉与炭/炭复合材料盘体不接触，硅粉与炭/炭复合材料盘体的距离≥100mm。存在的问题是，蒸镀工艺引入的涂层较薄，无法起到长期耐磨作用，仅能起到抗氧化作用；浆料中较高比例的SiC颗粒并非原位反应生成，与基体结合力弱、在摩擦过程中容易脱落，摩擦面无法形成稳定摩擦膜，导致制动盘以及对偶制动片磨损率较大。