一種碳陶剎車材料的制備方法和一種碳陶剎車盤的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及剎車材料技術領域，具體涉及一種碳陶剎車材料和剎車盤的制備方法。
【背景技術】
[0002]碳陶剎車材料作為一種新型剎車材料，與傳統(tǒng)的金屬和半金屬剎車材料相比，其具有密度低、摩擦系數穩(wěn)定、制動比大、不銹蝕和使用壽命長等優(yōu)點，尤其是長時間連續(xù)剎車時不會產生熱衰退。而與碳碳剎車材料相比，其具有優(yōu)良的抗氧化性能及濕態(tài)摩擦性能衰減小、靜摩擦系數高以及壽命長等突出優(yōu)點，大大提高了剎車的安全性。其在飛機、坦克、高速列車以及高檔轎車等剎車領域具有廣泛的應用前景。
[0003]目前，德國SGL公司的碳陶剎車材料已成功應用于高檔轎車，其壽命是鋼剎車材料的4倍多，可滿足轎車全壽命(行駛30多萬公理)行駛無需更換剎車盤的需要。西北工業(yè)大學和西安航空制動科技有限公司的碳陶剎車盤已成功應用于軍用飛機，大幅提高了剎車盤使用壽命，解決了碳碳剎車材料靜剎車力矩低和濕態(tài)摩擦性能嚴重衰減的問題，提高了飛機剎車安全性。對高速列車來說，相對傳統(tǒng)剎車材料不僅可以提高使用安全性和壽命，而且可顯著降低列車的重量(約5噸/列)，節(jié)約能源。
[0004]碳陶剎車材料有以上優(yōu)異性能，但應用推廣速度很慢，主要原因是成本過高。目前碳陶剎車材料的制備方法有兩種:一種是通常是通過短纖維預浸料熱壓裂解，再滲硅得到；但是在此工藝中，纖維首先浸樹脂、烘干、短切，然后熱壓裂解，其制備工序復雜，而且得到的是短纖維增強的碳陶剎車材料，其性能較低，可靠性不及三維針刺結構的。另外一種是通過三維針刺預制體經化學氣相沉積熱解碳，再滲硅得到；但是此工藝的生產周期長，成本高，難以推廣。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明為了避免現有技術的不足之處而提供了一種碳陶剎車材料和剎車盤的制備方法，該方法工藝簡單，能大幅度降低材料的制造成本，生產出的碳陶剎車材料具有良好的力學、熱物理、摩擦磨損性能。
[0006]本發(fā)明的第一個目的可以通過采取如下技術方案達到:
[0007]—種碳陶剎車材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008]I)第一碳纖維預制體的制備:將若干層的單層0°無瑋布、胎網、90°無瑋布、胎網依次循環(huán)疊加至預設厚度，得到第一碳纖維預制體；
[0009]2)酚醛樹脂溶液的制備:將熱塑性酚醛樹脂、乙醇、丙酮和六次甲基四胺按重量份比I?2:1?3:1?3:0.1?0.2的比例進行混合，配制成酚醛樹脂溶液；
[0010]3)酚醛樹脂與陶瓷粉混合漿料的制備:往所述酚醛樹脂溶液中添加陶瓷粉，獲得混合料，其中陶瓷粉的量為酚醛樹脂溶液量的20-50wt% ;調節(jié)所述混合料的pH值為9-11后，球磨24-48h，配制成酚醛樹脂與陶瓷粉混合漿料；
[0011]4)第二碳纖維預制體的制備:在真空條件下，將所述第一碳纖維預制體浸入所述酚醛樹脂與陶瓷粉混合漿料中，浸滲10-30min后，通過惰性氣體加壓，壓力為l-2MPa，保壓10-30min后;泄壓，取出浸有酚醛樹脂和陶瓷粉混合漿料的第一碳纖維預制體，獲得第二碳纖維預制體；
[0012]5)第二碳纖維預制體烘干:將所述第二碳纖維預制體烘干，獲得烘干預制體;烘干溫度為40-60 °C，干燥時間為12-24h;
[0013]6)烘干預制體熱壓固化:將所述烘干預制體在溫度為150-180 °C，壓力為10_30MPa的條件下，保溫15_30min后，固化得到碳/酚醛-陶瓷復合材料；
[0014]7)碳/酚醛-陶瓷復合材料裂解:將所述碳/酚醛-陶瓷復合材料在惰性氣體保護的條件下進行裂解處理，得到第一多孔碳/碳-陶瓷粉復合材料；
[0015]8)第一多孔碳/碳-陶瓷粉復合材料進行高溫處理:將所述第一多孔碳/碳-陶瓷粉復合材料在惰性氣體保護的條件下進行高溫處理，得到第二多孔碳/碳-陶瓷粉復合材料，即最終的碳陶剎車材料。
[0016]優(yōu)選地，步驟I)中采用接力式針刺方法制備所述第一碳纖維預制體。
[0017]優(yōu)選地，步驟I)中針刺密度為30針/cm2，體積密度為0.3-0.45g/cm3，其中胎網層與無瑋布層的體積比為1:1-2。
[0018]優(yōu)選地，步驟3)中所述陶瓷粉的主要成分為SiC、B4C或BN;所述陶瓷粉的粒度為0.5-5μπι0
[0019]優(yōu)選地，步驟3)中滴入氨水和鹽酸調節(jié)所述混合料的pH值。
[0020]優(yōu)選地，步驟3)中在球磨機上對所述混合料進行球磨。
[0021]優(yōu)選地，步驟4)中真空壓力為lOOOPa。
[0022]優(yōu)選地，步驟4)、步驟7)和步驟8)中所述惰性氣體為氬氣或氮氣。
[0023]優(yōu)選地，步驟7)中所述碳/酚醛-陶瓷復合材料裂解處理時，裂解升溫速度為1-5°C/min，最高裂解溫度為900-1100°C;步驟8)中將所述第一多孔碳/碳-陶瓷粉復合材料進行高溫處理時，所述熱處理溫度為1800-200(TC，保溫lh。
[0024]本發(fā)明的第二個目的可以通過采取如下技術方案達到:
[0025]—種碳陶剎車盤的制備方法，包括以下步驟:
[0026]I)第一碳纖維預制體的制備:將若干層的單層0°無瑋布、胎網、90°無瑋布、胎網依次循環(huán)疊加至預設厚度，得到第一碳纖維預制體；
[0027]2)酚醛樹脂溶液的制備:將熱塑性酚醛樹脂、乙醇、丙酮和六次甲基四胺按重量份比I?2:1?3:1?3:0.1?0.2的比例進行混合，配制成酚醛樹脂溶液；
[0028]3)酚醛樹脂與陶瓷粉混合漿料的制備:往所述酚醛樹脂溶液中添加陶瓷粉，獲得混合料，其中陶瓷粉的量為酚醛樹脂溶液量的20-50wt%;調節(jié)所述混合料的pH值為9-11后，球磨24-48h，配制成酚醛樹脂與陶瓷粉混合漿料；
[0029]4)第二碳纖維預制體的制備:在真空條件下，將所述第一碳纖維預制體浸入所述酚醛樹脂與陶瓷粉混合漿料中，浸滲10-30min后，通過惰性氣體加壓，壓力為l-2MPa，保壓10-30min后;泄壓，取出浸有酚醛樹脂和陶瓷粉混合漿料的第一碳纖維預制體，獲得第二碳纖維預制體；
[0030]5)第二碳纖維預制體烘干:將所述第二碳纖維預制體烘干，獲得烘干預制體;烘干溫度為40-60 °C，干燥時間為12-24h;
[0031]6)烘干預制體熱壓固化:將所述烘干預制體在溫度為150_180°C，壓力為10_30MPa的條件下，保溫15_30min后，固化得到碳/酚醛-陶瓷復合材料；
[0032]7)碳/酚醛-陶瓷復合材料裂解:將所述碳/酚醛-陶瓷復合材料在惰性氣體保護的條件下進行裂解處理，得到第一多孔碳/碳-陶瓷粉復合材料；
[0033]8)第一多孔碳/碳-陶瓷粉復合材料進行高溫處理:將所述第一多孔碳/碳-陶瓷粉復合材料在惰性氣體保護的條件下進行高溫處理，得到第二多孔碳/碳-陶瓷粉復合材料；
[0034]9)預加工:將所述第二多孔碳/碳-陶瓷粉復合材料按照剎車盤的預設圖紙進行加工，獲得第一剎車盤；
[0035]10)第一剎車盤的滲硅處理:將所述第一剎車盤在真空爐中進行滲硅處理，獲得第二剎車盤;浸滲溫度為1600-1800 0C，保溫時間為I?5h;
[0036]11)終加工:將所述第二剎車盤的兩摩擦面按照預設要求進行磨削加工，得到碳陶剎車盤。
[0037]其中，碳陶剎車盤也可以稱為碳陶剎車片。
[0038]優(yōu)選地，步驟9)中將所述第二多孔碳/碳-陶瓷粉復合材料按照剎車盤的預設圖紙進行加工時，其中摩擦面的厚度方向單面預留0.3-lmm的加工余量。
[0039]本發(fā)明所提供的技術方案可以包括以下有益效果:
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