CN112377547B

CN112377547B - 一种碳陶制动盘及其制备方法

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Publication number: CN112377547B
Application number: CN202011263854.0A
Authority: CN
Inventors: 朱苏华; 鲍思权; 刘翼君; 周娩红
Original assignee: Hunan Shixin New Materials Co Ltd
Current assignee: Hunan Shixin New Materials Co Ltd
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2040-11-12
Also published as: CN112377547A

Abstract

本发明涉及一种碳陶制动盘及其制备方法，属于制动设备开发技术领域。所述碳陶制动盘包括A部分和B部分；所述A部分包括预结合体I，所述预结合体I包括碳纤维束网、第一网胎层、第二网胎层、所述碳纤维束网位于第一网胎层、第二网胎层之间；所述B部分包括碳纤维预制体；所述预结合体I与碳纤维预制体通过针刺的方式结合成一个整体C；然后往整体C中引入碳、陶瓷和/或金属，得到碳陶制动盘。所设计的制备方法为：将编织好的预制体预结合体I通过针刺的方式结合起来；然后高温热处理、化学气相渗透、浸渍‑固化、高温熔渗处理得到产品。本发明产品结构设计合理，制备工艺简单可控，所得产品性能优良，便于工业化应用。

Description

一种碳陶制动盘及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种碳陶制动盘及其制备方法，属于制动设备开发技术领域。

背景技术：

碳纤维增强炭、碳化硅复合基材料(简称碳陶复合材料)由于具有低密度、高强度以及优异的耐磨性性能，其可以作为新一代制动材料应用于汽车或轨道交通领域，相比于传统的制动材料，碳陶制动材料的使用寿命可以延长好几倍，同时也满足轻量化的要求，符合当前社会提出的节能减排的发展需求。因此，碳陶复合材料作为新一代摩擦材料应用于机动车领域具有重要意义。

然而，碳陶复合材料作为摩擦材料在实际应用过程中，存在一些不足：在制动过程中，特别是在高能制动的情况下，摩擦界面会产生大量的热而导致摩擦界面的温度快速升高，从而造成界面处的碳纤维与碳基体出现氧化材料甚至剥落的现象，最终会加速材料的磨损，影响材料的使用寿命，同时制动的性能也会受到较大的影响。

为了改善碳陶复材料的耐磨损性能，专利CN110606763A提出一种表面纯陶瓷层碳/陶刹车盘的制备方法，该专利提出一种制备方法，即：先浸渍网胎层，然后将浸渍后的网胎层与碳纤维预制体热压在一起，最后通过高温渗硅处理即可得到一种纯陶瓷层，该陶瓷层可以有效地抑制碳纤维与碳基体层的氧化。专利US20030057040A1也提出在炭陶制动盘的摩擦面上形成一层摩擦层，所述摩擦层主要由质量分数高于65％的SiC陶瓷相组成，剩余部分由Si或C与Si的混合相组成，也即在炭陶制动盘的表面形成一层Si(或Si-C)/SiC复合陶瓷摩擦层以提高碳陶制动盘的耐磨损性能。然而，通过研究发现，尽管在碳陶制动盘表面形成一层纯陶瓷层或Si/SiC复合陶瓷摩擦层可以提高其耐磨损性能，但其在潮湿环境条件的摩擦系数的稳定性表现有待提高。因此，专利CN103328410A又提出在支撑体与摩擦层之间引入一层中间层，通过在中间层引入平纹组织的碳丝束网眼编织织物，由于碳丝束在纵向与垂直方向上的热膨胀系数不一致，导致中间层在冷却过程中出现有意图的微裂纹形成，对于这种碳陶制动具有一定微裂纹结构的摩擦层，其可有效地提高其在潮湿条件下的摩擦系数的稳定。该制备工艺相对较复杂，其需要先制备中间层以及摩擦层，然后再将二者结合在一起后再进行后续的工艺处理，在实际工业化生产过程操作相对复杂；另外，以上制备工艺需要单独进行碳化处理，为了保证碳化过程中中间层不出现裂纹，碳化过程中升温速率一般都较慢，且保温时间较长，以保证碳化后中间层不出现开裂的问题，这样在一定程度上会增加生产成本。

发明内容：

针对以上问题，本发明提供一种碳陶制动盘及其制备方法，其可以提高碳陶制动盘的耐磨损性能及改善其在潮湿环境下的摩擦系数稳定性，同时制备工艺也相对更简单。

本发明一种碳陶制动盘，所述碳陶制动盘包括A部分和B部分；所述A部分包括预结合体I，所述预结合体I包括碳纤维束网(12)、第一网胎层(11)、第二网胎层(13)、所述碳纤维束网(12)位于第一网胎层(11)、第二网胎层(13)之间；

预结合体I通过下述方案制备：按照制动盘的外形尺寸，沿着垂直于制动盘径向方向设计不同直径的同心圆排列的碳纤维束，然后沿径向对同心圆排列的碳纤维进行编制，最终形成碳纤维束网(12)，将碳纤维束网(12)、第一网胎层(11)、第二网胎层(13)按设计位置布置好后，通过针刺的方式将三者构成一个整体得到预结合体I；

所述B部分包括碳纤维预制体；

所述预结合体I与碳纤维预制体通过针刺的方式结合成一个整体C，在针刺时，第二网胎层(13)到碳纤维预制体的垂直距离小于第一网胎层(11)到碳纤维预制体的垂直距离；

往整体C中引入碳、陶瓷；或往整体C中引入碳、陶瓷和金属，得到碳陶制动盘。

作为优选方案，本发明一种碳陶制动盘，预结合体I的厚度为2～5mm。

作为优选方案，本发明一种碳陶制动盘，预结合体的密度为0.08g/cm³～0.12g/cm³。

作为优选方案，第一网胎层(11)的厚度为预结合体I总厚度为30％～50％。

作为优选方案，碳纤维束网(12)的厚度为30～50um。

作为优选方案，本发明一种碳陶制动盘，引入陶瓷后，A部分的表面会形成0.3～0.7mm宽的微裂纹。在工业上应用时整体C中引入碳和陶瓷，碳和陶瓷会填充并包覆预结合体I和碳纤维预制体。同时，引入陶瓷后，A部分的表面会形成0.3～0.7mm宽的微裂纹。

作为优选方案，本发明一种碳陶制动盘，所述碳陶制动盘按A部分/B部分/A部分的结构进行设计。

本发明一种碳陶制动盘的制备方法；包括下述步骤：

步骤1：碳纤维预制体的制备；

步骤2：碳纤维束网的制备；

按照制动盘的外形尺寸，沿着垂直于制动盘径向方向设计不同直径的同心圆排列的碳纤维束，然后沿径向对同心圆排列的碳纤维进行编制，最终形成碳纤维束网；

步骤3，碳纤维束网与网胎层的预结合；

将碳纤维束网置于第一网胎层(11)与第二网胎层(13)网胎层之间形成预结合体I，其中第一网胎层(11)的厚度占预结合体I整体厚度的30％～50％，第二网胎层(13)的厚度占预结合体I整体厚度的70％～50％；

步骤4：预结合体I与碳纤维预制体的结合；

所述预结合体I与碳纤维预制体通过针刺的方式结合成一个整体C，在针刺时，第二网胎层(13)到碳纤维预制体的垂直距离小于第一网胎层(11)到碳纤维预制体的垂直距离；所述预结合体I的密度控制在0.08g/cm³～0.12g/cm³范围内，厚度控制在2～5mm范围内；

步骤5：高温热处理

将整体C在Ar气的保护氛围中进行高温热处理，其中高温热处理的温度为2100℃～2600℃，处理时间为2～6小时；得到高温热处理后的整体C；

步骤6：化学气相渗透(CVI)

对高温热处理后的整体C进行化学气相渗透(CVI)处理，使得整体C中碳纤维预制体部分的密度增密至1.3g/cm³～1.5g/cm³，预结合体I部分的密度增密至变为0.5g/cm³～0.8g/cm³；得到复合体I；

步骤7：浸渍-固化；

将复合体I完全浸渍于含有石墨乳及碳化硅粉的树脂浸渍液中；

步骤8：高温熔渗处理(RMI)；

将浸渍-固化后的复合体I进行高温熔渗处理，熔渗处理的硅源为纯硅和/或硅合金，最终可获得一种密度处于2.2g/cm³～2.8g/cm³的碳陶制动盘。

其中，所述碳纤维预制体采用2.5D或3D的编织方式而获得的碳纤维预制体，碳纤维预制体密度约为0.45～0.55g/cm³。

本发明中，碳纤维束每束丝包含3K～7K根碳纤维丝，优选5K。在编织碳纤维束网时，垂直于径向方面的同心圆排列的碳纤维束之间的间距控制在2mm～8mm，优选5mm，沿径向排列的碳纤维束之间的夹角控制在0°～90°，优选45°。

其中，所述预复合体I分别与平行于叠层顺序的碳纤维预制体的上下面针刺在一起。

其中，所述整体C高温热处理的热处理温度为2100～2600℃，保温时间3～5h，处于氩气氛围进行处理。

其中，所述经过高温热处理后整体C进行CVI处理，气相沉积温度为900℃～1100℃，沉积时间为150～300h，沉积气源选用甲烷或丙烯或二者混合物气体。

其中，所述将经过CVI沉积处理后的复合体I放入浸渍液中，且保证复合体I中的预复合体I完全浸没于浸渍液中，然后充氮气加压至1.5MPa～2.5MPa，浸渍过程处于恒温状态(40℃～60℃)，浸渍时间为2～6小时，完成浸渍后，继续在压力为1.5MPa～2.5MPa，温度为180℃～220℃的条件下进行固化处理，固化时间为2～6h。

其中，所述浸渍液选自酚醛树脂溶液、石墨乳及碳化硅粉的混合物，优选酚醛树脂选用水溶性的甲阶酚醛树脂，其中酚醛树脂溶液、石墨乳与SiC粉的质量比为50％:(10％～20％):(40％～30％)，然后通过简单的机械搅拌即可实现混合均匀，混合时间为1～2h。

其中，高温熔渗处理的温度为1500℃～1900℃，保温时间为1h～3h，然后随炉降至室温。

本发明由于采取以上技术方案，具有如下有益效果：

与现有技术相比，本发明通过针刺的方式将碳纤维束按一定走向编织碳纤维束网至于网胎层之间的整体引入碳纤维预制体上，后续按照正常的工艺流程对其进行CVI、浸渍以及渗硅处理，最终可获得一种表面具有一定微裂纹的Si/SiC陶瓷层的碳陶制动盘，该陶瓷层具有很好的耐磨性，其可以作为一种很好耐磨层应用于碳陶制动盘，既可有效地防止碳陶制动盘基体的碳纤维与碳基体的氧化，延长碳陶制动盘的使用寿命；同时，该微裂纹结构可以较好地改善制动盘在潮湿环境中摩擦系数的稳定，提高了其在雨天潮湿天气下的制动能力；本发明采用针刺的方式将网胎层与碳纤维预制体结合在一起，这样在浸渍-固化后无需单独进行碳化工艺处理，直接在熔渗过程中顺带进行快速高温热处理，也可保证网胎层不开裂，这样可有效地简化制备工艺，降低产品的制备成本；另外，本发明选用低分子量的水溶性甲阶酚醛树脂、石墨乳和碳化硅粉末的混合物浸渍液，通过简单的机械搅拌即可实现浸渍液的混合均匀，混合时间短，显著地提高生产效率。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的炭纤维束层的具体平面示意图；

标号说明：

11、第一网胎层，12、碳纤维束网层，13、第二网胎层；

21、碳纤维预制体中的第一网胎层，22、0°无纬布，23、碳纤维预制体中的第二网胎层，24、90°无纬布，25、碳纤维预制体中的第三网胎层，26、针刺碳纤维；

A、预复合体1，B、碳纤维预制体；

31为编织碳纤维束网层所用的轴向碳纤维束，32为编织碳纤维束网层所用的轴向、且与碳纤维束31相邻的碳纤维束；41为编织碳纤维束网层所用的径向碳纤维束，42为编织碳纤维束网层所用的径向、且与碳纤维束41相邻并形成一定夹角的碳纤维束。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

如图1、图2所示，本发明一种碳陶制动盘及制备方法，其具体制备步骤如下所示：

步骤1，碳纤维预制体的制备

选择牌号为T700 12K的PAN基碳纤维将其分别制成的无纬布和网胎层，然后将0°/90°无纬布依次分开叠加于网胎层之间，如图1所示以形成网胎层(21)/0°无纬布(22)/网胎层(23)/90°无纬布(24)/网胎层(25)/……的叠层结构，采用1x+1y的方式进行均匀针刺，针刺过程中将网胎层的碳纤维(26)引入垂直方向，针刺的密度为10±2根/cm²，保证针刺后的碳纤维预制体的密度达到0.45±0.2g/cm³，最终形成碳纤维预制体B，其尺寸为：内径*外径*厚度＝200mm*450mm*30mm；

步骤2，碳纤维束网层的制备

选择牌号为T700 PAN基碳纤维束，每束碳纤维束包含3K根碳纤维丝，参考图2的试样进行编织设计，垂直径向方向设计多个不同直径的同心圆(如：图2中的31、32)排列的碳纤维束，且同心圆之间的间距控制在2mm之间，沿径向方面设计且连接同心圆排列的碳纤维束41、42的夹角控制在10°，碳纤维束选择直线走向，形成的炭纤维束网层的厚度为30um；

步骤3，网胎层与碳纤维束层的预复合

将牌号为T700 12K的PAN基碳纤维制成的网胎层与步骤2制备的碳纤维束层通过针刺的方式结合在一起，针刺的密度为6根/cm²，形成如图1中网胎层11/碳纤维束层12/网胎层13这样的三明治叠层结构A，其中，保证网胎层11的厚度占整个叠层结构A的30％；

步骤4，叠层结构A与碳纤维预制体B的结合

将步骤3形成的叠层结构A与步骤1制备碳纤维预制体B通过针刺的方式结合在一起形成复合体I，针刺的密度为8根/cm²，优选叠层结构A与碳纤维预制体B的其中上下两个面接触以形成A/B/A的叠层结构，最终获得的复合体I中叠层结构A的整体厚度2mm，密度控制在0.08g/cm³；

步骤5，高温热处理

将步骤4得到的A与B的形成的预复合体I进行高温热处理，热处理温度控制在2100℃，高温热处理的时间控制在5小时，环境处于Ar气氛围中；

步骤6，化学气相渗透(CVI)处理

将热处理过后的复合体I进行化学气相渗透处理，选用的沉积气源为C₃H₆，沉积温度为950℃，沉积时间控制在150小时，最终使得复合体I中的碳纤维预制体B的密度增密至1.3g/cm³，叠层结构A的密度增密至0.5g/cm³；

步骤7，浸渍-固化

将经过CVI沉积增密后的复合体I进行浸渍处理，所选用的浸渍液为酚醛树脂、石墨乳以及SiC粉末，所述酚醛树脂优选甲阶酚醛树脂，石墨乳为包含微粉石墨的水性石墨乳，SiC粉末的粒度处于40um，将甲阶酚醛树脂、石墨乳以及SiC粉末按照50％：10％:40％的质量比配制混合液，通过简单的机械搅拌进行混合，混合时间为1h。浸渍的环境处于N₂气氛压力下，气氛压力控制在1.5MPa，浸渍时间为2小时，浸渍完成后，继续将浸渍后的试样处于1.5MPa的N₂气氛压下进行高温固化，高温固化的温度为180℃，固化的时间2小时。

步骤8，高温熔渗

将步骤7经过炭化处理后的试样放入高温熔渗炉进行熔渗处理，熔渗介质为纯硅，熔渗的温度控制在1900℃，熔渗时间控制在1小时，最终可获得一种结构A部分的密度为2.6g/cm³、结构B部分的密度为2.1/cm³的碳陶制动盘，且结构A部分的表面会形成0.3mm宽的微裂纹。

对比例1

一种碳陶制动盘及制备方法，其制备步骤如实施例1所述，所不同是，对比例1中省略掉结构A部分的引入，直接以相同的步骤制备结构B部分，制备的条件与实施例1一致。

实施例2

步骤1，碳纤维预制体的制备

选择牌号为T700 12K的PAN基碳纤维将其分别制成的无纬布和网胎层，然后将0°/90°无纬布依次分开叠加于网胎层之间，如图1所示以形成网胎层(21)/0°无纬布(22)/网胎层(23)/90°无纬布(24)/网胎层(25)/……的叠层结构，采用1x+1y的方式进行均匀针刺，针刺过程中将网胎层的碳纤维(26)引入垂直方向，针刺的密度为14±2根/cm²，保证针刺后的碳纤维预制体的密度达到0.55±0.2g/cm³，最终形成碳纤维预制体B，其尺寸为：内径*外径*厚度＝200mm*450mm*30mm；

步骤2，碳纤维束网层的制备

选择牌号为T700 PAN基碳纤维束，每束碳纤维束包含7K根碳纤维丝，参考图2的试样进行编织设计，垂直径向方向设计多个不同直径的同心圆(如：31、32。。。)排列的碳纤维束，且同心圆之间的间距控制在8mm之间，沿径向方面设计且连接同心圆排列的碳纤维束41、42的夹角控制在80°，碳纤维束选择曲线走向，形成的炭纤维束网层的厚度为50um；

步骤3，网胎层与碳纤维束层的预复合

将牌号为T700 12K的PAN基碳纤维制成的网胎层与步骤2制备的碳纤维束层通过针刺的方式结合在一起，针刺的密度为8根/cm²，形成如图1中网胎层(11)/碳纤维束层(12)/网胎层(13)这样的三明治叠层结构A，其中，保证网胎层11的厚度占整个叠层结构A的50％；

步骤4，叠层结构A与碳纤维预制体B的结合

将步骤3形成的叠层结构A与步骤1制备碳纤维预制体B通过针刺的方式结合在一起形成复合体I，针刺的密度为8根/cm²，优选叠层结构A与碳纤维预制体B的其中上下两个面接触以形成A/B/A的叠层结构，最终获得的复合体I中叠层结构A的整体厚度5mm，密度控制在0.12g/cm³；

步骤5，高温热处理

将步骤4得到的A与B的形成的预复合体I进行高温热处理，热处理温度控制在2600℃，高温热处理的时间控制在3小时，环境处于Ar气氛围中；

步骤6，化学气相渗透(CVI)处理

将热处理过后的复合体I进行化学气相渗透处理，选用的沉积气源为CH₄，沉积温度为1100℃，沉积时间控制在300小时，最终使得复合体I中的碳纤维预制体B的密度增密至1.5g/cm³，叠层结构A的密度增密至0.8g/cm³；

步骤7，浸渍-固化

将经过CVI沉积增密后的复合体I进行浸渍处理，所选用的浸渍液为酚醛树脂、石墨乳以及SiC粉末，所述酚醛树脂优选甲阶酚醛树脂，石墨乳为包含微粉石墨的水性石墨乳，SiC粉末的粒度处于60um，将甲阶酚醛树脂、石墨乳以及SiC粉末按照50％：20％:30％的质量比配制混合液，通过简单的机械搅拌进行混合，混合时间为2h。浸渍的环境处于N₂气氛压力下，气氛压力控制在2.5MPa，浸渍完成后，继续将浸渍后的试样处于2.5MPa的N₂气氛压下进行高温固化，高温固化的温度为220℃，固化的时间6小时。

步骤8，高温熔渗

将步骤7经过炭化处理后的试样放入高温熔渗炉进行熔渗处理，熔渗的介质为硅铁合金，熔渗的温度控制在1500℃，熔渗时间控制在3小时，最终可获得一种结构A部分的密度为3.2g/cm³、结构B部分的密度为2.4/cm³的碳陶制动盘，且结构A部分的表面会形成0.7mm宽的微裂纹。

对比例2

一种碳陶制动盘及制备方法，其制备步骤如实施例2所述，所不同是，对比例2中省略步骤2，同时步骤3不引入碳纤维束网层。

实施例3

步骤1，碳纤维预制体的制备

选择牌号为T700 12K的PAN基碳纤维将其分别制成的无纬布和网胎层，然后将0°/90°无纬布依次分开叠加于网胎层之间，如图1所示以形成网胎层(21)/0°无纬布(22)/网胎层(23)/90°无纬布(24)/网胎层(25)/……的叠层结构，采用1x+1y的方式进行均匀针刺，针刺过程中将网胎层的碳纤维(26)引入垂直方向，针刺的密度为12±2根/cm²，保证针刺后的碳纤维预制体的密度达到0.50±0.2g/cm³，最终形成碳纤维预制体B；

步骤2，碳纤维束网层的制备

选择牌号为T700 PAN基碳纤维束，每束碳纤维束包含5K根碳纤维丝，参考图2的试样进行编织设计，垂直径向方向设计多个不同直径的同心圆(如：31、32。。。)排列的碳纤维束，且同心圆之间的间距控制在5mm之间，沿径向方面设计且连接同心圆排列的碳纤维束41、42的夹角控制在45°，碳纤维束选择曲线走向，形成的炭纤维束网层的厚度为40um；

步骤3，网胎层与碳纤维束层的预复合

将牌号为T700 12K的PAN基碳纤维制成的网胎层与步骤2制备的碳纤维束层通过针刺的方式结合在一起，针刺的密度为7根/cm²，形成如图1中网胎层(11)/碳纤维束层(12)/网胎层(13)这样的三明治叠层结构A，其中，保证网胎层11的厚度占整个叠层结构A的40％；

步骤4，叠层结构A与碳纤维预制体B的结合

将步骤3形成的叠层结构A与步骤1制备碳纤维预制体B通过针刺的方式结合在一起形成复合体I，针刺的密度为7根/cm²，优选叠层结构A与碳纤维预制体B的其中上下两个面接触以形成A/B/A的叠层结构，最终获得的复合体I中叠层结构A的整体厚度3.5mm，密度控制在0.10g/cm³；

步骤5，高温热处理

将步骤4得到的A与B的形成的预复合体I进行高温热处理，热处理温度控制在2350℃，高温热处理的时间控制在4小时，环境处于Ar气氛围中；

步骤6，化学气相渗透(CVI)处理

将热处理过后的复合体I进行化学气相渗透处理，选用的沉积气源为CH₄与C₃H₆的混合气源，沉积温度为1000℃，沉积时间控制在225小时，最终使得复合体I中的碳纤维预制体B的密度增密至1.4g/cm³，叠层结构A的密度增密至0.65g/cm³；

步骤7，浸渍-固化

将经过CVI沉积增密后的复合体I进行浸渍处理，所选用的浸渍液为酚醛树脂、石墨乳以及SiC粉末，所述酚醛树脂优选甲阶酚醛树脂，石墨乳为包含微粉石墨的水性石墨乳，SiC粉末的粒度处于50um，将甲阶酚醛树脂、石墨乳以及SiC粉末按照50％：15％:35％的质量比配制混合液，通过简单的机械搅拌进行混合，混合时间为1.5h。浸渍的环境处于N₂气氛压力下，气氛压力控制在2MPa，浸渍完成后，继续将浸渍后的试样处于2MPa的N₂气氛压下进行高温固化，高温固化的温度为200℃，固化的时间4小时。

步骤8，高温熔渗

将步骤7经过炭化处理后的试样放入高温熔渗炉进行熔渗处理，熔渗的介质为硅铜合金，熔渗的温度控制在1700℃，熔渗时间控制在1.5小时，最终可获得一种结构A部分的密度为3.0g/cm³、结构B部分的密度为2.3/cm³的碳陶制动盘，且结构A部分的表面会形成0.5mm宽的微裂纹。

使用万能试验机针对以上实施例与对比例当中所获得的碳陶盘的力学性能(包括压缩强度、剪切强度以及抗弯强度)进行测试，然后通过台架性能测试其在潮湿环境的静摩擦系数的稳定性，最终获得的测试数据如表1所示。

表1

通过表1的试验数据可发现，通过引入结构A部分，既可以提高碳陶盘整体的力学性能，又可以提高碳陶盘的静摩擦系数，另外，对于结构A部分中的碳纤维束网层的引入，可以有效地提到碳陶制动盘在湿态环境下的静摩擦系数的稳定性，最终所获得的碳陶制动盘的性能相比常规的碳陶制动盘的性能有很大的改善。

以上内容对本发明所述的一种碳陶制动盘及制备方法进行了具体描述，其可以应用于汽车及轨道交通领域等，但是本发明不受以上描述的具体实施方式内容的局限，所以凡依据本发明的技术要点进行的任何改进、等同修改和替换等，均属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种碳陶制动盘，其特征在于：所述碳陶制动盘包括A部分和B部分；所述A部分包括预结合体I，所述预结合体I包括碳纤维束网（12）、第一网胎层（11）、第二网胎层（13）、所述碳纤维束网（12）位于第一网胎层（11）、第二网胎层（13）之间；

预结合体I通过下述方案制备：按照制动盘的外形尺寸，沿着垂直于制动盘径向方向设计不同直径的同心圆排列的碳纤维束，然后沿径向对同心圆排列的碳纤维进行编制，最终形成碳纤维束网（12），将碳纤维束网（12）、第一网胎层（11）、第二网胎层（13）按设计位置布置好后，通过针刺的方式将三者构成一个整体得到预结合体I；

所述B部分包括碳纤维预制体；

所述预结合体I与碳纤维预制体通过针刺的方式结合成一个整体C，在针刺时，第二网胎层（13）到碳纤维预制体的垂直距离小于第一网胎层（11）到碳纤维预制体的垂直距离；选择PAN基碳纤维将其分别制成的无纬布和网胎层，然后将0°/90°无纬布依次分开叠加于网胎层之间，以形成网胎层(21)/0°无纬布(22)/网胎层(23)/90°无纬布(24)/网胎层(25)/······的叠层结构，采用1x+1y的方式进行均匀针刺，针刺过程中将网胎层的碳纤维(26)引入垂直方向，针刺的密度为10±2根/cm²，保证针刺后的碳纤维预制体的密度达到0.45±0.2g/cm³，最终形成碳纤维预制体B；

2.根据权利要求1所述的一种碳陶制动盘，其特征在于：

预结合体I的厚度为2~5mm；

预结合体I的密度为0.08g/cm³~0.12g/cm³。

3.根据权利要求1所述的一种碳陶制动盘，其特征在于：

第一网胎层（11）的厚度为预结合体I总厚度为30%~50%；

碳纤维束网（12）的厚度为30~50um。

4.根据权利要求1所述的一种碳陶制动盘，其特征在于：引入陶瓷后，A部分的表面会形成0.3~0.7mm宽的微裂纹。

5.根据权利要求1所述的一种碳陶制动盘，其特征在于：所述碳陶制动盘按A部分/B部分/A部分的结构进行设计。

6.一种碳陶制动盘的制备方法；其特征在于；包括下述步骤：

步骤1：碳纤维预制体的制备；

选择PAN基碳纤维将其分别制成的无纬布和网胎层，然后将0°/90°无纬布依次分开叠加于网胎层之间，形成网胎层(21)/0°无纬布(22)/网胎层(23)/90°无纬布(24)/网胎层(25)/······的叠层结构，采用1x+1y的方式进行均匀针刺，针刺过程中将网胎层的碳纤维(26)引入垂直方向，针刺的密度为10±2根/cm²，保证针刺后的碳纤维预制体的密度达到0.45±0.2g/cm³，最终形成碳纤维预制体；

步骤2：碳纤维束网的制备；

步骤3，碳纤维束网与网胎层的预结合；

将碳纤维束网置于第一网胎层（11）与第二网胎层（13）网胎层之间形成预结合体I，其中第一网胎层（11）的厚度占预结合体I整体厚度的30%~50%，第二网胎层（13）的厚度占预结合体I整体厚度的70%~50%；

步骤4：预结合体I与碳纤维预制体的结合；

所述预结合体I与碳纤维预制体通过针刺的方式结合成一个整体C，在针刺时，第二网胎层（13）到碳纤维预制体的垂直距离小于第一网胎层（11）到碳纤维预制体的垂直距离；所述预结合体I的密度控制在0.08g/cm³~0.12g/cm³范围内，厚度控制在2~5mm范围内；

步骤5：高温热处理

将整体C在Ar气的保护氛围中进行高温热处理，其中高温热处理的温度为2100℃~2600℃，处理时间为2~6小时；得到高温热处理后的整体C；

步骤6：化学气相渗透

对高温热处理后的整体C进行化学气相渗透处理，使得整体C中碳纤维预制体部分的密度增密至1.3g/cm³~1.5g/cm³，预结合体I部分的密度增密至变为0.5g/cm³~0.8g/cm³；得到复合体I；

步骤7：浸渍-固化；

步骤8：高温熔渗处理；

将浸渍-固化后的复合体I进行高温熔渗处理，熔渗处理的硅源为纯硅和/或硅合金，最终获得一种密度处于2.2g/cm³~2.8g/cm³的碳陶制动盘。

7.根据权利要求6所述的一种碳陶制动盘的制备方法；其特征在于：所述碳纤维预制体采用2.5D或3D的编织方式而获得的碳纤维预制体，碳纤维预制体密度为0.45~0.55g/cm³。

8.根据权利要求6所述的一种碳陶制动盘的制备方法；其特征在于：碳纤维束每束丝包含3K~7K根碳纤维丝；

在编织碳纤维束网时，垂直于径向方面的同心圆排列的碳纤维束之间的间距控制在2mm~8mm，沿径向排列的碳纤维束之间的夹角控制在0°~90°。

9.根据权利要求6所述的一种碳陶制动盘的制备方法；其特征在于：

所述整体C高温热处理的热处理温度为2100~2600℃，保温时间3~5h，处于氩气氛围进行处理；

所述经过高温热处理后整体C进行CVI处理，气相沉积温度为900℃~1100℃，沉积时间为150~300h，沉积气源选用甲烷或丙烯或二者混合物气体。

10.根据权利要求6所述的一种碳陶制动盘的制备方法；其特征在于：

所述将经过CVI沉积处理后的复合体I放入浸渍液中，且保证复合体I中的预复合体I完全浸没于浸渍液中，然后充氮气加压至1.5MPa~2.5MPa，浸渍过程处于恒温状态，浸渍时间为2~6小时，完成浸渍后，继续在压力为1.5MPa~2.5MPa，温度为180℃~220℃的条件下进行固化处理，固化时间为2~6h；

所述浸渍液为酚醛树脂溶液、石墨乳及碳化硅粉的混合物，其中酚醛树脂溶液、石墨乳与SiC粉的质量比为50%:(10%~20%):(40%~30%)，然后通过简单的机械搅拌即可实现混合均匀，混合时间为1~2h；

高温熔渗处理的温度为1500℃~1900℃，保温时间为1h~3h，然后随炉降温。