CN109437955B - 一种基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，其采用低温热压+熔融渗硅的组合工艺模式，低温热压工艺以短切碳纤维为增强体，酚醛树脂为基体，聚碳硅烷作为改性添加材料，经低温冷压，碳化处理制得坯体，后经熔融渗硅，机械加工，表面处理制得碳陶摩擦材料成品。本发明的制备方法对于提高刹车材料的使用寿命是大有裨益的。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法。
背景技术
热压烧结工艺基本原理是将具有可烧结性的基体原料粉末与纤维混合制成坯体，然后在高温下加压烧结的过程。由于SiC共价键强度很高，只有在2500℃,50MPa的压力下才能致密化。因此能够促进粉末固相扩散和液相形成的烧结助剂成为了碳化硅低温烧结的必然选择。唐汉玲等将短碳纤维为增强体，纳米SiC粉为基体材料，以硼粉，碳粉，铝粉为烧结助剂，利用湿球墨混合法混合纤维与粉体。然后在在氩气环境下，烧结温度1800℃，压力25MPa下，制得了C/C-SiC复合材料。并分别研究了短切碳纤维含量对Csf/SiC复合材料力学性能，氧化性能和摩擦磨损性能的影响。
液相硅浸渍法(Liquid silicon infiltration,简称LSI)是指在真空条件下固体硅在1600℃下熔融成液态硅，通过多孔碳/碳坯体中气孔的毛细作用渗透到坯体内部与基体碳反应生成碳化硅基体，因此，又称反应性熔体硅浸渗法(Reactive meltinfiltration,简称RMI)。通过控制硅的用量可以得到C/C-SiC复合材料和C/Si-SiC复合材料。然而LSI工艺的不足在于制备C/SiC复合材料时，由于熔融硅与基体碳发生反应的过程中，不可避免地会与碳纤维发生反应，纤维被侵蚀导致性能下降；同时，复合材料中残留一定量的Si导致复合材料蠕变性能降低。
单一的热压烧结工艺存在烧结温度较高，纤维与基体之间的界面结合为强结合，不利于材料韧性的提高，另外热压烧结过程中烧结助剂Si粉在高温下侵蚀纤维，造成材料力学性能下降，而在液相硅浸渍法工艺中也存在Si侵蚀纤维的不利现象。
发明内容
为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出一种基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，其是一种低温热压+熔融渗硅的组合工艺模式，低温热压工艺以短切碳纤维为增强体，酚醛树脂为基体，聚碳硅烷作为改性添加材料，经低温冷压，碳化处理制得坯体，后经熔融渗硅，机械加工，表面处理制得碳陶摩擦材料成品。
一种基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，包括以下步骤：
1)将短切碳纤维在二甲亚砜溶液中浸泡，进行除胶备用；
2)将除胶后的短切碳纤维进行强力分散；
3)称取聚碳硅烷溶于有机溶剂内形成一定浓度的溶液；
4)将上述步骤3)中的溶液与上述步骤2)中分散后的短切碳纤维，与200目以下的酚醛树脂粉末混合，然后冷压成坯，降温后取出；
5)将4)中刹车盘坯体置于高温炉内碳化处理，降温后取出；
6)将上述步骤5)制得的坯体置于模具中，将事先备好的硅粉埋于坯体周围；
7)将上述步骤6)中的模具置于高温烤箱中，保温，期间对模具进行间断性负压抽吸，使得熔融硅深入到坯体中，降温后取出；
8)将上述步骤7)中的材料进行表面机加处理，保证盘面平整度以及各项尺寸准确度；
9)将上述步骤8)中材料进行表面涂层工艺，刹车盘制备完成。
由于采用以上技术方案，本发明提出的一种基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，低温热压工艺以短切碳纤维为增强体，酚醛树脂与聚碳硅烷为基体，经低温冷压，碳化处理制得坯体，后经熔融渗硅，机械加工，表面处理制得碳陶摩擦材料成品，避免了高温热压处理过程中粉体烧结温度过高，且强界面结合的弊端；聚碳硅烷作为改性材料的加入后其裂解产物与助剂反应产物能够生成液相界面，有利于纤维与基体的弱界面形成，同时裂解产生的SiC微晶有利于材料致密化程度地提高，这对于提高刹车材料的使用寿命是大有裨益的。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例1
一种基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，包括以下步骤：
1)将3mm短切碳纤维在二甲亚砜溶液中浸泡2h，进行除胶备用；
2)将除胶后的短切碳纤维进行强力分散；
3)称取聚碳硅烷溶于丙酮内形成溶液，聚碳硅烷溶液的体积分数为30％；
4)将上述步骤3)中的溶液与上述2)中分散后的短切碳纤维，与200目以下的酚醛树脂粉末混合，然后在200℃环境下模具中冷压成坯，冷压成坯的加热温度为150℃，压力为15000公斤，施压时间为0.5h，降温后取出；
5)将4)中刹车盘坯体置于高温炉内碳化处理10h，高温炉的升温速率为40℃/h，高温炉内目标温度为1000℃，碳化处理时间为10h，降温后取出；
6)将上述步骤5)制得的坯体置于模具中，将事先备好的硅粉粒度在40μm以下的硅粉埋于坯体周围；
7)将上述步骤6)中的模具置于烤箱中，设置高温烤箱温度为1500～1700℃，保温24h，期间对模具进行间断性负压抽吸，抽吸频率为2～5次/min，使得熔融硅深入到坯体中；
8)将上述步骤7)中的材料进行表面机加处理，保证盘面平整度以及各项尺寸准确度。
9)将上述步骤8)中材料进行表面涂层，涂层为气相沉积碳化硅涂层，涂层厚度在10～100μm工艺，刹车盘制备完成。
实施例2
一种基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，包括以下步骤：
1)将30mm短切碳纤维在二甲亚砜溶液中浸泡3h，进行除胶备用；
2)将除胶后的短切碳纤维进行强力分散；
3)称取聚碳硅烷溶于乙醇内形成溶液；聚碳硅烷溶液的体积分数为30％～70％；
4)将上述步骤3)中的溶液与上述2)中分散后的短切碳纤维，与200目以下的酚醛树脂粉末混合，然后在300℃环境下模具中冷压成坯，冷压成坯的加热温度为150℃，压力为30000公斤，施压时间为1h降温后取出；
5)将4)中刹车盘坯体置于高温炉内碳化处理20h，高温炉的升温速率为80℃/h，高温炉内目标温度为1800℃，碳化处理时间为10h，降温后取出。
6)将上述步骤5)制得的坯体置于高温模具中，将事先备好的硅粉粒度在40μm以下的硅粉埋于坯体周围；
7)将上述步骤6)中的模具置于烤箱中，设置高温烤箱温度为1500℃，保温24h，期间对模具进行间断性负压抽吸，抽吸频率为2次/min，使得熔融硅深入到坯体中；
8)将上述步骤7)中的材料进行表面机加处理，保证盘面平整度以及各项尺寸准确度；
9)上述步骤8)中材料进行表面涂层，涂层为气相沉积碳化硅涂层，涂层厚度在50μm工艺，刹车盘制备完成。
实施例3
一种基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，包括以下步骤：
1)将20mm短切碳纤维在二甲亚砜溶液中浸泡4h，进行除胶备用；
2)将除胶后的短切碳纤维进行强力分散；
3)称取聚碳硅烷溶于丙酮内形成溶液，聚碳硅烷溶液的体积分数为70％；
4)将上述步骤3)中的溶液与上述2)中分散后的短切碳纤维，与200目以下的酚醛树脂粉末混合，然后在250℃环境下模具中冷压成坯，降温后取出；
5)将4)中刹车盘坯体置于高温炉内碳化处理18h，高温炉的升温速率为80℃/h，高温炉内目标温度为1800℃，碳化处理时间为15h，降温后取出；
6)将上述步骤5)制得的坯体置于高温模具中，将事先备好的硅粉粒度在40μm以下的硅粉埋于坯体周围。
7)将上述步骤6)中的模具置于烤箱中，设置高温烤箱温度为1700℃，保温24h，期间对模具进行间断性负压抽吸，抽吸频率为5次/min，使得熔融硅深入到坯体中；
8)将上述步骤7)中的材料进行表面机加处理，保证盘面平整度以及各项尺寸准确度；
9)上述步骤8)中材料进行表面涂层，涂层为气相沉积碳化硅涂层，涂层厚度在100μm工艺，刹车盘制备完成。
实施例4
一种基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，包括以下步骤：
1)将8mm短切碳纤维在二甲亚砜溶液中浸泡4h，进行除胶备用；
2)将除胶后的短切碳纤维进行强力分散；
3)称取聚碳硅烷溶于乙醇内形成溶液，聚碳硅烷溶液的体积分数为50％；
4)将上述步骤3)中的溶液与上述2)中分散后的短切碳纤维，与200目以下的酚醛树脂粉末混合，然后在260℃环境下模具中冷压成坯，冷压成坯的加热温度为180℃，压力为18000公斤，施压时间为0.8h，降温后取出；
5)将4)中刹车盘坯体置于高温炉内碳化处理16h，高温炉的升温速率为50℃/h，高温炉内目标温度为1200℃，碳化处理时间为15h，降温后取出；
6)将上述步骤5)制得的坯体置于高温模具中，将事先备好的硅粉粒度在40μm以下的硅粉埋于坯体周围；
7)将上述步骤6)中的模具置于烤箱中，设置高温烤箱温度为1600℃，保温24h，期间对模具进行间断性负压抽吸，抽吸频率为3次/min，使得熔融硅深入到坯体中；
8)将上述步骤7)中的材料进行表面机加处理，保证盘面平整度以及各项尺寸准确度。
9)上述步骤8)中材料进行表面涂层，涂层为气相沉积碳化硅涂层，涂层厚度在80μm工艺，刹车盘制备完成。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将短切碳纤维在二甲亚砜溶液中浸泡，进行除胶备用；
2)将除胶后的短切碳纤维进行强力分散；
3)称取聚碳硅烷溶于有机溶剂内形成一定浓度的溶液；
4)将上述步骤3)中的溶液与上述步骤2)中分散后的短切碳纤维，与200目以下的酚醛树脂粉末混合，然后冷压成坯，降温后取出；
5)将4)中刹车盘坯体置于高温炉内碳化处理，降温后取出；
6)将上述步骤5)制得的坯体置于模具中，将事先备好的硅粉埋于坯体周围；
7)将上述步骤6)中的模具置于高温烤箱中，保温，期间对模具进行间断性负压抽吸，使得熔融硅深入到坯体中，降温后取出；
8)将上述步骤7)中的材料进行表面机加处理，保证盘面平整度以及各项尺寸准确度；
9)将上述步骤8)中材料进行表面涂层工艺，刹车盘制备完成。
2.根据权利要求1所述的基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，其特征在于，所述步骤1)中短切碳纤维为3～30mm，所述短切碳纤维在二甲亚砜溶液中浸泡时间为2h以上。
3.根据权利要求1所述的基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的有机溶剂为丙酮或乙醇。
4.根据权利要求1所述的基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的聚碳硅烷溶液的体积分数为30％～70％。
5.根据权利要求1所述的基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，其特征在于，所述步骤4)中冷压成坯的加热温度为150～300℃，压力为15000～30000公斤，施压时间为0.5～3h。
6.根据权利要求1所述的基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，其特征在于，所述步骤5)中升温速率为40℃/h～80℃/h，高温炉内目标温度为1000～1800℃，碳化处理时间为10～20h。
7.根据权利要求1所述的基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，其特征在于，所述步骤6)中硅粉粒度在40μm以下。
8.根据权利要求1所述的基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，其特征在于，
所述步骤7)中设置高温烤箱温度为1500～1700℃，保温24h，抽吸频率为2～5次/min。
9.根据权利要求1所述的基于聚碳硅烷改性的刹车材料快速制备方法，其特征在于，
所述步骤9)中涂层为气相沉积碳化硅涂层，涂层厚度在10～100μm。
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| GR01 | Patent grant | ||
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