[发明专利]炭纤维增强炭-碳化硅双基体摩擦材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种炭纤维增强炭-碳化硅双基体摩擦材料的制备方法，采用短切炭纤维、石墨粉、工业硅粉和粘结剂冷压成炭纤维增强石墨粉和硅粉的(C/C-Si)块体材料，将制得的C/C-Si块体材料进行机械破碎并且造粒，然后将颗粒温压成C/C-Si素坯，将C/C-Si素坯炭化制得C/C-Si多孔体，最后对C/C-Si多孔体进行非浸泡式定向熔硅浸渗制得炭纤维增强炭-碳化硅双基体(C/C-SiC)材料。本发明是一种制备周期短、成本低、可工程化且所制备的复合材料具有较高的力学性能和优异的摩擦磨损性能的炭纤维增强炭-碳化硅双基体摩擦材料的制备方法。

主权项

1、一种炭纤维增强炭-碳化硅双基体摩擦材料的制备方法，采用短切炭纤维、石墨粉、工业硅粉和粘结剂冷压成炭纤维增强石墨粉和硅粉的(C/C-Si)块体材料，将制得的C/C-Si块体材料进行机械破碎并且造粒，然后将颗粒温压成C/C-Si素坯，将C/C-Si素坯炭化制得C/C-Si多孔体，最后对C/C-Si多孔体进行非浸泡式定向熔硅浸渗制得炭纤维增强炭-碳化硅双基体(C/C-SiC)材料，其特征在于：该方法包括下列步骤：(1)冷压采用长度为2～15mm的短炭纤维为增强体，以粒度为0.075～0.30mm的石墨粉为填充剂，以粒度为0.01～0.50mm树脂粉或沥青粉为粘结剂，将其按体积含量分别为10～18％炭纤维、30～45％石墨粉、0～10％的硅粉和25～40％酚醛树脂粉的原材料混合后在常温下冷压成密度为1.10～1.50g/cm3的C/C-Si块体材料，冷压压力为2.0～5.0Mpa，保压时间为5～20min；(2)破碎造粒将制得的C/C-Si块体材料进行机械破碎并且造粒，要求最终的C/C-Si颗粒粒径在5～15mm之间的占70～80％，颗粒外观呈不规则形状；(3)预热将破碎制得的C/C-Si颗粒均匀铺平后在烘箱中进行80～150℃预热，保温时间为0.5～1.5h；(4)温压将预热后的颗粒装入模具温压成密度为1.0～1.70g/cm3的C/C-Si素坯，压制压力为2.0～10.0Mpa、温度为150～200℃、保压时间为20～50min；(5)固化将C/C-Si素坯置于烘箱中进行缓慢固化处理，使素坯在温压过程中来不及固化的芯部区域完全固化，固化温度为180～200℃、时间为20～24h；(6)炭化在惰性气体保护气氛下，对固化后的C/C-Si素坯进行炭化处理，使树脂或沥青发生裂解转变成树脂炭或沥青炭得到C/C-Si多孔体，炭化压力为0.1Mpa、温度为600～850℃、时间为38～60h；(7)熔硅浸渗将C/C-Si多孔体在高温炉内进行非浸泡式定向熔硅浸渗得到C/C-SiC复合材料；先假设最终C/C-SiC复合材料的密度为一定值，则通过其与C/C-Si多孔体的密度差可得出熔硅浸渗过程中硅-碳反应中理论需硅量；取理论需硅量的1.1～2.0倍硅粉，置于石墨坩锅中铺平并轻压，然后将C/C-Si多孔体放于硅粉上，最后将装有硅粉和C/C-Si多孔体的石墨坩锅在高温炉中进行熔硅浸渗，高温炉内为负压或者采用充入惰性气体产生微正压，硅粉纯度大于99％，粒度为0.01～0.1mm，熔硅浸渗的温度为1650℃～1900℃，保温0.5～3h。