CN112552067A - 一种C/C-SiC-CuSnTi复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种C/C‑SiC‑CuSnTi复合材料及其制备方法，本发明之C/C‑SiC‑CuSnTi复合材料，主要由碳纤维预制体、基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金制成；在碳纤维预制体上依次沉积基体碳、基体碳化硅,并熔渗铜锡钛合金；所述碳纤维预制体为多孔材料。本发明还包括所述C/C‑SiC‑CuSnTi复合材料的制备方法。本发明将碳基材表面气相沉积碳化硅与铜锡钛合金熔渗剂的熔渗相结合，形成自发熔渗体系，不需要高压环境，仍然能够保证复合材料的力学性能、导热性能、摩擦性能。
Description
技术领域
本发明属于碳纤维复合材料制备技术领域，特别地，涉及一种C/C-SiC-CuSnTi复合材料及其制备方法。
背景技术
碳纤维-铜复合材料有效将碳纤维材料和铜材料的优点相结合，具有较高的强度、热传导性、耐磨性、耐蚀性、耐烧蚀性能，从而可应用于滑动材料、热防护材料、摩擦材料领域。但是由于碳纤维-铜复合材料在制备过程中，碳纤维与铜不润湿，铜和碳纤维界面结合弱，复合材料中存在一定孔隙，导致力学性能和导热性能均未能有效提高。
专利CN102659443B公开了一种城市轨道车辆用炭陶制动闸瓦及其制造方法，其在C/C多孔体的基础上熔渗硅粉、铜粉、钛粉，制得了C/C-SiC-Cu摩擦材料。然而，由于熔渗粉中的硅粉和钛粉会和C/C多孔体发生反应生成SiC和TiC，其难免会对碳纤维造成损伤，导致其力学性能下降。
专利CN110983208A公开了一种C/C-SiC-Cu复合材料及其制备方法和应用，其在C/C多孔体基础上沉积一层SiC，并通过压力熔渗的方法将Cu材质压入多孔体孔隙中，制得C/C-SiC-Cu复合材料。但由于SiC和Cu润湿性极差，压力熔渗法对熔渗设备要求高，制备难度和成本均较高，且由于SiC和Cu润湿性极差，SiC和Cu界面结合力差，残留孔隙难以浸渗完全，制备得到的材料孔隙率高，导致导热能力不高，且力学性能有所降低。
发明内容
本发明提供了一种C/C-SiC-CuSnTi复合材料，以解决现有技术的复合材料力学性能、导热性能、摩擦性能不够好的技术问题。
根据本发明的另一个方面，提供一种C/C-SiC-CuSnTi复合材料的制备方法。
本发明之C/C-SiC-CuSnTi复合材料，主要由碳纤维预制体、基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金制成；在碳纤维预制体上依次沉积基体碳、基体碳化硅,并熔渗铜锡钛合金；所述碳纤维预制体为多孔材料。
进一步，基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金依次附着于碳纤维预制体的孔隙壁上。
进一步，铜锡钛合金通过真空熔渗的方法渗入C/C-SiC多孔体的孔隙中，铜锡钛合金中的钛元素与孔隙壁沉积的基体碳化硅发生化学反应生成碳化钛和钛硅化合物的混合物，将铜锡钛合金与基体碳化硅紧密连接起来；碳纤维预制体外层由基体碳包裹，基体碳外层为基体碳化硅层，基体碳化硅外层为碳化钛和钛硅化合物的混合物层，碳化钛和钛硅化合物的混合物外层为铜锡钛合金。
本发明熔渗过程对碳纤维和基体碳层无破坏，碳纤维几乎是零损伤。基体碳化硅层在熔渗过程中会与铜锡钛合金中的钛发生化学反应，使得基体碳化硅层与铜锡钛合金润湿性很好，因此铜锡钛合金浸渗彻底，制备的复合材料孔隙率低。
本发明所制备的C/C-SiC-CuSnTi复合材料，碳纤维预制体和基体碳统称为碳基材，碳基材所占体积分数为60％-80％，基体碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物所占体积分数为5％-30％，铜锡钛合金所占体积分数为5％-30％，残余孔隙所占体积分数为3％-8％。碳基材中，碳纤维预制体占碳基材的体积分数为40％-80％(优选50％-60％)，基体碳占碳基材体积分数为20％-60％(优选40％-50％)。基体碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物中，基体碳化硅所占体积分数为20％-60％(优选30％-50％)，碳化钛所占体积分数为20％-60％(优选25％-35％)，钛硅化合物所占体积分数为20％-60％(优选25％-35％)。C/C-SiC-CuSnTi复合材料的铜锡钛合金中，铜元素质量占比为60％-80％(优选70％-75％)，锡元素质量占比为5％-30％(优选15％-25％)，钛元素质量占比为0.05％-30％(优选5％-10％)。
本发明之C/C-SiC-CuSnTi复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备碳纤维预制体
按照0°无纬布-网胎-90°无纬布-网胎的顺序依次循环铺层，将网胎中的纤维垂直刺入相邻的无纬布中，将无纬布和网胎结合在一起，形成针刺碳纤维预制体。
进一步，步骤(1)中，针刺碳纤维预制体密度为0.45-0.65g/cm3。
控制预制体的密度主要是控制碳纤维在复合材料中的含量，碳纤维主要是增强相，在一定范围内增加碳纤维含量有助于提高力学性能。预制体的密度越大，碳纤维的含量越高。若碳纤维含量太低，碳纤维增强的效果就会差一些，力学性能相对也差一些。若碳纤维含量太高，复合材料的孔隙就会小，不利于后期熔渗金属进去。
进一步，步骤(1)中，采用倒钩针刺的方法将网胎中的纤维垂直刺入相邻的无纬布中。
(2)制备C/C多孔体
将步骤(1)所得针刺碳纤维预制体放入待沉积环境〔优选化学气相渗透(CVI)沉积炉〕中，通入碳源气体和载气，采用化学气相渗透工艺沉碳增密，得到C/C多孔体。
进一步，步骤(2)中，所得C/C多孔体密度为0.65-1.60g/cm3，优选1.0-1.4g/cm3。控制多孔体的密度主要是控制孔隙大小，如果密度过高，会导致孔隙过小，金属不能熔渗进去或金属熔渗填充不完全。如果孔隙过大会影响力学性能。
进一步，步骤(2)中，所采用碳源气体为烃类气体，如甲烷、丙烷、丙烯、天然气中的至少一种。
进一步，步骤(2)中，所采用载气优选为H2。
进一步，步骤(2)中，碳源气体与载气的体积比为1:1-3，优选为1:2。
(3)高温处理
将步骤(2)所得C/C多孔体置于高温炉中进行石墨化处理，得到石墨化处理后的C/C多孔体；
进一步，步骤(3)中，石墨化处理的处理温度1800-2300℃，保温时间4-8小时。
石墨化处理的温度和时间对碳基材的石墨化程度有一定影响，一般随着石墨化处理温度的提高，石墨化程度会提高。石墨化程度的提高有助于提高导热性能和摩擦性能，但是石墨化度过高会导致力学性能降低。
(4)制备C/C-SiC多孔体
将步骤(3)所得石墨化处理后的C/C多孔体放入待沉积环境〔优选化学气相渗透(CVI)沉积炉〕中，通入有机硅气体(优选为三氯甲基硅烷)，进行沉积，得到C/C-SiC多孔体。
进一步，步骤(4)中，沉积温度为900-1600℃(优选1200-1300℃)，沉积时间为25-200h(优选80～150h)。
研究表明，采用三氯甲基硅烷作为原料有机硅气体的优点是其分子中Si：C(原子比)为1:1，可分解成化学计量的SiC，因而可制备出高纯SiC,而且三氯甲基硅烷沉积的温区特别宽，在900-1600℃均可发生沉积。
通过控制沉积时间的长短可控制沉积的SiC层的厚度和复合材料的密度、孔隙率，如果沉积时间过短，沉积的SiC层过薄，起不到保护碳基材的作用；如果沉积时间过长，复合材料的密度增高，孔隙减小，会增加后续熔渗金属的难度，孔隙过小时，金属难以渗入复合材料内部或导致最终复合材料整体熔渗不完全。
(5)制备熔渗剂
熔渗剂可为铜锡钛的合金粉，或铜粉、锡粉、钛粉的混合粉末，或铜锡合金粉与钛粉的混合粉末，或铜钛合金粉与锡粉的混合粉末，或钛锡合金粉与铜粉的混合粉末。
熔渗剂原料中铜的质量含量为20％-79％，钛的质量含量为20％-79％，锡的质量含量为1％-60％。优选值，铜的质量含量为30％-50％，钛的质量含量为30％-50％，锡的质量含量为10％-30％。
若熔渗剂中的铜含量过高，则合金熔化后与C/C-SiC多孔体的润湿性能会越差，会增加熔渗难度，C/C-SiC多孔体难以被合金完全浸渗填充。若钛的含量过高，会导致生成的碳化钛和钛硅化合物的量增多，基体碳化硅层被完全反应，也有可能导致碳基材被钛侵蚀反应，导致最终复合材料整体的力学性能降低。如果锡的含量过高，会导致浸渗进入C/C-SiC多孔体的合金熔点较低，不利于提高最终复合材料的耐高温性能。
(6)真空熔融浸渗
将步骤(4)所得C/C-SiC多孔体置于浸渗容器(优选石墨坩埚或氧化铝坩埚)中，倒入步骤(5)的熔渗剂，熔渗剂将C/C-SiC多孔体覆盖，并盖上盖子；将浸渗容器置于高温炉中进行真空熔渗反应，得到C/C-SiC-CuSnTi复合材料。
进一步，熔渗剂的质量是C/C-SiC多孔体质量的4-8倍。
进一步，步骤(6)中，真空熔渗反应的操作：升高温度至600-900℃，保温0.5-1h；继续升高温度至900-1600℃，保温0.5-2h；冷却后得到C/C-SiC-CuSnTi复合材料。
进一步，步骤(6)中，所得复合材料密度为3.0～6.0g/cm3。复合材料整体孔隙率为3％-8％。控制复合材料的密度，能控制合金填充复合材料的程度，密度越高，则填充的金属越多；密度越高，孔隙越少，复合材料的导热性能、耐高温性能会越好。
进一步，步骤(6)中，真空熔渗反应的真空度为5Pa-50Pa。
本发明真空熔渗的参数是经过大量实验后选择的，如果温度过低，时间过短，则合金不能充分熔化成液态，会导致熔渗不充分。如果温度过高，时间过长，则反应剧烈，会导致合金与复合材料过度反应，损伤碳基材。本步骤中优选分段升温，先将温度升高到600-900℃保温，使合金发生物理变化充分熔化，再进一步升高温度至900-1600℃保温，有利于改善合金与复合材料的润湿性，有利于提高合金的熔渗速度。
本发明经过大量实验，发现铜锡钛合金在一定的高温下与气相沉积碳化硅表面具有良好的润湿性，温度大于900℃时，润湿角＜15°，且随着温度升高，润湿角下降，润湿性能更好(本发明选择的浸渗温度是900－1600℃，当温度升高至1600℃以上时，润湿角变化不大)。本发明在碳纤维表面通过化学气相沉积的方法沉积碳化硅，作为碳基材完整保护层的同时，也是优良的碳基材表面改性层，在优良的润湿驱使下，铜锡钛合金可以于真空条件下自发渗入炭/炭-碳化硅多孔体内部。本发明首次将碳基材表面气相沉积碳化硅与铜锡钛合金熔渗剂的熔渗相结合，形成自发熔渗体系，不需要高压环境，仍然能够保证复合材料的力学性能、导热性能、摩擦性能。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过真空熔渗的方法将铜锡钛合金引入到C/C-SiC复合材料中，相对于常规的压力熔渗法，设备构造简单，工艺简化，成本降低，操作安全性增加。
(2)本发明采用CuSnTi熔渗剂，CuSnTi熔渗剂与化学气相渗透沉积的SiC具有良好的润湿性，Sn可以有效改善CuSnTi熔渗剂的流动性，并降低合金熔点，Ti可与SiC发生反应形成碳化钛和钛硅化合物，提供合金熔渗的动力，使得CuSnTi合金可以有效渗入C/C-SiC多孔体内部，有效降低复合材料的孔隙，提高复合材料的导热性能和力学性能。
(3)本发明采用化学气相沉积形成的SiC包裹碳基材，改善铜和碳的润湿性的同时，形成有效保护层，能避免CuSnTi合金与碳基材发生反应而对碳增强体造成损伤，有效改善了复合材料的力学性能。常规金属改性C/C复合材料的制备方法，没有气相沉积的SiC层保护碳基材，熔渗过程中活性金属会与碳基材发生反应，会对碳基材造成损伤。本发明采用CVI的方式在碳基材表面沉积SiC层，SiC层晶粒细小而致密，紧密的将碳基材包裹，在后续熔渗铜合金的过程中，对碳增强体起到了良好的保护作用。
(4)本发明所制备的C/C-SiC复合材料具有良好的导热性能与摩擦性能，表现出良好的耐高温特性，可用来制作飞机、高速列车的刹车材料。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例1所制备的C/C-SiC-CuSnTi复合材料的扫描电镜图；
图2和图3是本发明优选实施例1所制备的C/C-SiC-CuSnTi复合材料的碳基材与CuSnTi合金的界面结合图。
图中：1为碳纤维；2为CuSnTi合金；3为碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
本实施例提供了一种C/C-SiC-CuSnTi复合材料及其制备方法。
本实施例之C/C-SiC-CuSnTi复合材料，主要由碳纤维预制体、基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金制成；在碳纤维预制体上依次沉积基体碳、基体碳化硅,并熔渗铜锡钛合金；所述碳纤维预制体为多孔材料。
基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金依次附着于碳纤维预制体的孔隙壁上。
铜锡钛合金通过真空熔渗的方法渗入C/C-SiC多孔体的孔隙中，铜锡钛合金中的钛元素与孔隙壁沉积的基体碳化硅发生化学反应生成碳化钛和钛硅化合物的混合物，将铜锡钛合金与基体碳化硅紧密连接起来；碳纤维预制体外层由基体碳包裹，基体碳外层为基体碳化硅层，基体碳化硅外层为碳化钛和钛硅化合物的混合物层，碳化钛和钛硅化合物的混合物外层为铜锡钛合金。
本发明熔渗过程对碳纤维和基体碳层无破坏，碳纤维几乎是零损伤。基体碳化硅层在熔渗过程中会与铜锡钛合金中的钛发生化学反应，使得基体碳化硅层与铜锡钛合金润湿性很好，因此铜锡钛合金浸渗彻底，制备的复合材料孔隙率低。
本实施例所制备的C/C-SiC-CuSnTi复合材料，碳纤维预制体和基体碳统称为碳基材，碳基材所占体积分数为70％，基体碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物所占体积分数为5％，铜锡钛合金所占体积分数为22％，孔隙率为3％。碳基材中，碳纤维预制体占碳基材的体积分数为70％，基体碳占碳基材体积分数为30％。基体碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物中，基体碳化硅所占体积分数为40％，碳化钛所占体积分数为30％，钛硅化合物所占体积分数为30％。C/C-SiC-CuSnTi复合材料的铜锡钛合金中，铜元素质量占比为70％，锡元素质量占比为20％，钛元素质量占比为10％。
具体制备步骤如下：
(1)制备碳纤维预制体
按照0°无纬布-网胎-90°无纬布-网胎的顺序依次循环铺层，采用倒钩针刺的方法将网胎中的纤维垂直刺入相邻的无纬布中，将无纬布和网胎结合在一起，形成针刺碳纤维预制体。针刺碳纤维预制体密度为0.60g/cm3。
(2)制备C/C多孔体
将步骤(1)所得针刺碳纤维预制体放入化学气相渗透(CVI)沉积炉中，通入丙烯和氢气，丙烯和氢气体积比为1:2，采用化学气相渗透工艺沉碳增密，得到C/C多孔体。C/C多孔体密度为1.2g/cm3。
(3)高温处理
将步骤(2)所得C/C多孔体置于高温炉中进行石墨化处理，处理温度2000℃，保温时间6小时，得到石墨化处理后的C/C多孔体。
(4)制备C/C-SiC多孔体
将步骤(3)所得石墨化处理后的C/C多孔体放入化学气相渗透(CVI)沉积炉中，通入三氯甲基硅烷，沉积温度为1200℃，沉积时间为100h，得到C/C-SiC多孔体。
(5)制备熔渗剂
熔渗剂为铜锡钛的合金粉，熔渗剂原料中铜的质量含量为40％，钛的质量含量为45％，锡的质量含量为15％。
此处为原始熔渗剂原料铜锡钛的含量，由于熔渗过程铜锡钛和碳碳-SiC多孔体发生了反应，原料的成分与熔渗完成后成品中铜锡钛合金的含量是不相同的。
(6)真空熔融浸渗
将步骤(4)所得C/C-SiC多孔体置于氧化铝坩埚中，倒入熔渗剂，熔渗剂将C/C-SiC多孔体覆盖，并盖上盖子；将浸渗容器置于真空度为5Pa的高温炉中进行真空熔渗反应，升高温度至800℃，保温0.5h；继续升高温度至1100℃，保温2h；冷却后得到C/C-SiC-CuSnTi复合材料。所得C/C-SiC-CuSnTi复合材料的密度为4.0g/cm3。
对上述制得的C/C-SiC-CuSnTi复合材料进行性能方面的测试。采用阿基米德排煤油法测试C/C-SiC-CuSnTi复合材料的孔隙率和密度，采用激光导热仪测量复合材料垂直于无纬布铺层方向(即针刺方向)的热导率，按照QC/HSC3309标准测试了材料无纬布铺层方向的弯曲强度。将复合材料制备成外径77mm、内径53mm、厚度15mm的摩擦环，在MM-1000型摩擦磨损实验机上进行摩擦实验，测量摩擦系数和磨损率。以下实施例同。
测试结果如下，C/C-SiC-CuSnTi复合材料的孔隙率为3％，密度为4.0g/cm3，垂直于无纬布铺层方向(即针刺方向)的热导率为47W/m·k，垂直于无纬布铺层方向(即针刺方向)加载测得复合材料的弯曲强度为260MPa。通过摩擦实验测得复合材料摩擦系数为0.38，磨损率为0.32cm3/(N·m)。
图1是本发明优选实施例1所制备的C/C-SiC-CuSnTi复合材料的扫描电镜图，从图中可以看出C/C多孔体中孔隙几乎全部被CuSnTi合金所填充；
图2和图3是本发明优选实施例的1所制备的C/C-SiC-CuSnTi复合材料的碳基材与CuSnTi合金的界面结合图，从图中可以看出碳基材周围被碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物包裹，碳纤维增强体几乎零损伤。
实施例2
本实施例提供了另一种C/C-SiC-CuSnTi复合材料及其制备方法。
本发明之C/C-SiC-CuSnTi复合材料，主要由碳纤维预制体、基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金制成；在碳纤维预制体上依次沉积基体碳、基体碳化硅,并熔渗铜锡钛合金；所述碳纤维预制体为多孔材料。
基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金依次附着于碳纤维预制体的孔隙壁上。
铜锡钛合金通过真空熔渗的方法渗入C/C-SiC多孔体的孔隙中，铜锡钛合金中的钛元素与孔隙壁沉积的基体碳化硅发生化学反应生成碳化钛和钛硅化合物的混合物，将铜锡钛合金与基体碳化硅紧密连接起来；碳纤维预制体外层由基体碳包裹，基体碳外层为基体碳化硅层，基体碳化硅外层为碳化钛和钛硅化合物的混合物层，碳化钛和钛硅化合物的混合物外层为铜锡钛合金。
本发明熔渗过程对碳纤维和基体碳层无破坏，碳纤维几乎是零损伤。基体碳化硅层在熔渗过程中会与铜锡钛合金中的钛发生化学反应，使得基体碳化硅层与铜锡钛合金润湿性很好，因此铜锡钛合金浸渗彻底，制备的复合材料孔隙率低。
本实施例所制备的C/C-SiC-CuSnTi复合材料，碳纤维预制体和基体碳统称为碳基材，碳基材所占体积分数为60％，基体碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物所占体积分数为10％，铜锡钛合金所占体积分数为25％，孔隙率为5％。碳基材中，碳纤维预制体占碳基材的体积分数为50％，基体碳占碳基材体积分数为50％。基体碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物中，基体碳化硅所占体积分数为60％，碳化钛所占体积分数为20％，钛硅化合物所占体积分数为20％。铜锡钛合金中，铜元素质量占比为60％，锡元素质量占比为10％，钛元素质量占比为30％。
具体制备步骤如下：
(1)制备碳纤维预制体
按照0°无纬布-网胎-90°无纬布-网胎的顺序依次循环铺层，采用倒钩针刺的方法将网胎中的纤维垂直刺入相邻的无纬布中，将无纬布和网胎结合在一起，形成针刺碳纤维预制体。针刺碳纤维预制体密度为0.45g/cm3。
(2)制备C/C多孔体
将步骤(1)所得针刺碳纤维预制体放入化学气相渗透(CVI)沉积炉中，通入甲烷和氢气，甲烷和氢气体积比为1:1，采用化学气相渗透工艺沉碳增密，得到C/C多孔体。C/C多孔体密度为1.0g/cm3。
(3)高温处理
将步骤(2)所得C/C多孔体置于高温炉中进行石墨化处理，处理温度1800℃，保温时间8小时，得到石墨化处理后的C/C多孔体。
(4)制备C/C-SiC多孔体
将步骤(3)所得石墨化处理后的C/C多孔体放入化学气相渗透(CVI)沉积炉中，通入三氯甲基硅烷，沉积温度为1250℃，沉积时间为200h，得到C/C-SiC多孔体。
(5)制备熔渗剂
熔渗剂为铜锡钛的合金粉，熔渗剂原料中铜的质量含量为30％，钛的质量含量为64％，锡的质量含量为6％。
(6)真空熔融浸渗
将步骤(4)所得C/C-SiC多孔体置于氧化铝坩埚中，倒入熔渗剂，将C/C-SiC多孔体覆盖，并盖上盖子；将浸渗容器置于真空度为8Pa的高温炉中进行真空熔渗反应，升高温度至900℃，保温1h；继续升高温度至1500℃，保温0.5h；冷却后得到C/C-SiC-CuSnTi复合材料。所得C/C-SiC-CuSnTi复合材料的密度为5.0g/cm3。
性能测试结果如下，C/C-SiC-CuSnTi复合材料的孔隙率为5％，密度为5.0g/cm3，垂直于无纬布铺层方向(即针刺方向)的热导率为52W/m·k，垂直于无纬布铺层方向(即针刺方向)加载测得复合材料的弯曲强度为255MPa。通过摩擦实验测得复合材料摩擦系数为0.36，磨损率为0.35cm3/(N·m)。
实施例3
本实施例提供了另一种C/C-SiC-CuSnTi复合材料及其制备方法。
本实施例之C/C-SiC-CuSnTi复合材料，主要由碳纤维预制体、基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金制成；在碳纤维预制体上依次沉积基体碳、基体碳化硅,并熔渗铜锡钛合金；所述碳纤维预制体为多孔材料。
基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金依次附着于碳纤维预制体的孔隙壁上。
铜锡钛合金通过真空熔渗的方法渗入C/C-SiC多孔体的孔隙中，铜锡钛合金中的钛元素与孔隙壁沉积的基体碳化硅发生化学反应生成碳化钛和钛硅化合物的混合物，将铜锡钛合金与基体碳化硅紧密连接起来；碳纤维预制体外层由基体碳包裹，基体碳外层为基体碳化硅层，基体碳化硅外层为碳化钛和钛硅化合物的混合物层，碳化钛和钛硅化合物的混合物外层为铜锡钛合金。
本实施例熔渗过程对碳纤维和基体碳层无破坏，碳纤维几乎是零损伤。基体碳化硅层在熔渗过程中会与铜锡钛合金中的钛发生化学反应，使得基体碳化硅层与铜锡钛合金润湿性很好，因此铜锡钛合金浸渗彻底，制备的复合材料孔隙率低。
本实施例所制备的C/C-SiC-CuSnTi复合材料，碳纤维预制体和基体碳统称为碳基材，碳基材所占体积分数为80％，基体碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物所占体积分数为10％，铜锡钛合金所占体积分数为6％，孔隙率为4％。碳基材中，碳纤维预制体占碳基材的体积分数为90％，基体碳占碳基材体积分数为10％。基体碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物中，基体碳化硅所占体积分数为20％，碳化钛所占体积分数为40％，钛硅化合物所占体积分数为40％。铜锡钛合金中，铜元素质量占比为80％，锡元素质量占比为10％，钛元素质量占比为10％。
具体制备步骤如下：
(1)制备碳纤维预制体
按照0°无纬布-网胎-90°无纬布-网胎的顺序依次循环铺层，采用倒钩针刺的方法将网胎中的纤维垂直刺入相邻的无纬布中，将无纬布和网胎结合在一起，形成针刺碳纤维预制体。针刺碳纤维预制体密度为0.65g/cm3。
(2)制备C/C多孔体
将步骤(1)所得针刺碳纤维预制体放入化学气相渗透(CVI)沉积炉中，通入天然气和氢气，天然气和氢气体积比为1:3，采用化学气相渗透工艺沉碳增密，得到C/C多孔体。C/C多孔体密度为1.4g/cm3。
(3)高温处理
将步骤(2)所得C/C多孔体置于高温炉中进行石墨化处理，处理温度2300℃，保温时间4小时，得到石墨化处理后的C/C多孔体。
(4)制备C/C-SiC多孔体
将步骤(3)所得石墨化处理后的C/C多孔体放入化学气相渗透(CVI)沉积炉中，通入三氯甲基硅烷，沉积温度为1300℃，沉积时间为80h，得到C/C-SiC多孔体。
(5)制备熔渗剂
熔渗剂为铜锡钛的合金粉，熔渗剂原料中铜的质量含量为60％，钛的质量含量为35％，锡的质量含量为5％。
(6)真空熔融浸渗
将步骤(4)所得C/C-SiC多孔体置于氧化铝坩埚中，倒入熔渗剂，将C/C-SiC多孔体覆盖，并盖上盖子；将浸渗容器置于真空度为50Pa的高温炉中进行真空熔渗反应，升高温度至600℃，保温1h；继续升高温度至1300℃，保温1h；冷却后得到C/C-SiC-CuSnTi复合材料。所得C/C-SiC-CuSnTi复合材料的密度为3.5g/cm3。
性能测试结果如下，C/C-SiC-CuSnTi复合材料的孔隙率为4％，密度为3.5g/cm3，垂直于无纬布铺层方向(即针刺方向)的热导率为45W/m·k，垂直于无纬布铺层方向(即针刺方向)加载测得复合材料的弯曲强度为280MPa。通过摩擦实验测得复合材料摩擦系数为0.33，磨损率为0.38cm3/(N·m)。
对比例
本对比例提供了一种C/C-CuSnTi复合材料及其制备方法。
本对比例与实施例1相比，省去了步骤(4)，即步骤(3)所得C/C多孔体不再进行化学气相沉积SiC，而直接进行铜锡钛合金粉的熔渗。所得复合材料为C/C-CuSnTi复合材料。由于缺少基体碳化硅对碳基材的保护作用，金属熔渗过程中，合金对碳基材存在一定程度的损伤。
对上述制得的C/C-CuSnTi复合材料进行性能方面的测试。采用阿基米德排煤油法测试C/C-SiC-CuSnTi复合材料的孔隙率和密度，采用激光导热仪测量复合材料垂直于无纬布铺层方向(即针刺方向)的热导率，按照QC/HSC3309标准测试了材料无纬布铺层方向的弯曲强度。将复合材料制备成外径77mm、内径53mm、厚度15mm的摩擦环，在MM-1000型摩擦磨损实验机上进行摩擦实验，测量摩擦系数和磨损率。
测试结果如下，C/C-CuSnTi复合材料的孔隙率为3.2％，密度为4.5g/cm3，垂直于无纬布铺层方向(即针刺方向)的热导率为35W/m·k，垂直于无纬布铺层方向(即针刺方向)加载测得复合材料的弯曲强度为180MPa。通过摩擦实验测得复合材料摩擦系数为0.38，磨损率为0.35cm3/(N·m)。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种C/C-SiC-CuSnTi复合材料，其特征在于，主要由碳纤维预制体、基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金制成；在碳纤维预制体上依次沉积基体碳、基体碳化硅,并熔渗铜锡钛合金；所述碳纤维预制体为多孔材料。
2.根据权利要求1所述的C/C-SiC-CuSnTi复合材料，其特征在于，基体碳、基体碳化硅、铜锡钛合金依次附着于碳纤维预制体的孔隙壁上。
3.根据权利要求1或2所述的C/C-SiC-CuSnTi复合材料，其特征在于，铜锡钛合金通过真空熔渗的方法渗入C/C-SiC多孔体的孔隙中，铜锡钛合金中的钛元素与孔隙壁沉积的基体碳化硅发生化学反应生成碳化钛和钛硅化合物的混合物，将铜锡钛合金与基体碳化硅紧密连接起来；碳纤维预制体外层由基体碳包裹，基体碳外层为基体碳化硅层，基体碳化硅外层为碳化钛和钛硅化合物的混合物层，碳化钛和钛硅化合物的混合物外层为铜锡钛合金。
4.根据权利要求3所述的C/C-SiC-CuSnTi复合材料，其特征在于，所述C/C-SiC-CuSnTi复合材料，碳纤维预制体和基体碳统称为碳基材，碳基材所占体积分数为60％-80％，基体碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物所占体积分数为5％-30％，铜锡钛合金所占体积分数为5％-30％，残余孔隙所占体积分数为3％-8％；碳基材中，碳纤维预制体占碳基材的体积分数为40％-80％，基体碳占碳基材体积分数为20％-60％；基体碳化硅、碳化钛和钛硅化合物混合物中，基体碳化硅所占体积分数为20％-60％，碳化钛所占体积分数为20％-60％，钛硅化合物所占体积分数为20％-60％；铜锡钛合金中，铜元素质量占比为60％-80％，锡元素质量占比为5％-30％，钛元素质量占比为0.05％-30％。
5.制备如权利要求1～4之一所述的C/C-SiC-CuSnTi复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备碳纤维预制体
按照0°无纬布-网胎-90°无纬布-网胎的顺序依次循环铺层，将网胎中的纤维垂直刺入相邻的无纬布中，将无纬布和网胎结合在一起，形成针刺碳纤维预制体；
(2)制备C/C多孔体
将步骤(1)所得针刺碳纤维预制体放入待沉积环境中，通入碳源气体和载气，采用化学气相渗透工艺沉碳增密，得到C/C多孔体；
(3)高温处理
将步骤(2)所得C/C多孔体进行石墨化处理，得到石墨化处理后的C/C多孔体；
(4)制备C/C-SiC多孔体
将步骤(3)所得石墨化处理后的C/C多孔体放入待沉积环境中，通入有机硅气体，进行沉积，得到C/C-SiC多孔体；
(5)制备熔渗剂
熔渗剂原料为铜锡钛的合金粉，或铜粉、锡粉、钛粉的混合粉末，或铜锡合金粉与钛粉的混合粉末，或铜钛合金粉与锡粉的混合粉末，或钛锡合金粉与铜粉的混合粉末；
(6)真空熔融浸渗
将步骤(4)所得C/C-SiC多孔体置于浸渗容器中，倒入步骤(5)的熔渗剂，熔渗剂将C/C-SiC多孔体覆盖；进行真空熔渗反应，得到C/C-SiC-CuSnTi复合材料。
6.根据权利要求5所述的制备C/C-SiC-CuSnTi复合材料的方法，其特征在于，步骤(1)中，针刺碳纤维预制体密度为0.45-0.65g/cm3；或/和采用倒钩针刺的方法将网胎中的纤维垂直刺入相邻的无纬布中。
7.根据权利要求5或6所述的制备C/C-SiC-CuSnTi复合材料的方法，其特征在于，步骤(2)中，所得C/C多孔体密度为0.65-1.60g/cm3；所采用碳源气体为烃类气体；所采用载气为H2；碳源气体与载气的体积比为1:1-3。
8.根据权利要求5或6所述的制备C/C-SiC-CuSnTi复合材料的方法，其特征在于，步骤(3)中，石墨化处理的处理温度1800-2300℃，保温时间4-8小时；或/和，步骤(4)中，沉积温度为900-1600℃，沉积时间为25-200h；或/和，步骤(4)中，有机硅气体为三氯甲基硅烷。
9.根据权利要求5或6所述的制备C/C-SiC-CuSnTi复合材料的方法，其特征在于，步骤(5)中，熔渗剂原料中铜的质量含量为20％-79％，钛的质量含量为20％-79％，锡的质量含量为1％-60％。
10.根据权利要求5或6所述的制备C/C-SiC-CuSnTi复合材料的方法，其特征在于，步骤(6)中，真空熔渗反应的操作：升高温度至600-900℃，保温0.5-1h；继续升高温度至900-1600℃，保温0.5-2h；冷却后得到C/C-SiC-CuSnTi复合材料；所得复合材料密度为3.0～6.0g/cm3；复合材料整体孔隙率为3％-8％。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113880598A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-01-04 | 湖北瑞宇空天高新技术有限公司 | 高铁用高电导率受电弓滑板用复合材料及其制备方法 |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04149081A (ja) * | 1990-10-11 | 1992-05-22 | Toshiba Ceramics Co Ltd | ＳｉＣ被覆Ｃ／Ｃ複合材 |
| JPH0837258A (ja) * | 1994-03-25 | 1996-02-06 | B F Goodrich Co:The | 炭素／炭素複合体およびそれを含む電気機器 |
| US20020032115A1 (en) * | 2000-09-12 | 2002-03-14 | Kazuyuki Oguri | Coating having high resistance to heat and oxidation and multi-coated material having high resistance to heat and oxidation |
| CN101033137A (zh) * | 2007-02-06 | 2007-09-12 | 西北工业大学 | 碳/碳－碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法 |
| CN101525730A (zh) * | 2008-03-07 | 2009-09-09 | 西北工业大学 | 高体积分数C/Cu复合材料的低压辅助熔渗制备方法 |
| US7998376B2 (en) * | 2008-02-06 | 2011-08-16 | Honeywell International Inc. | Method for reducing variability in friction performance |
| US20110221084A1 (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-15 | Trex Enerprises Corp. | Honeycomb composite silicon carbide mirrors and structures |
| CN106507877B (zh) * | 2009-05-07 | 2012-04-04 | 西北工业大学 | 一种碳/碳化硅飞机刹车材料的制造方法 |
| CN103469122A (zh) * | 2013-08-25 | 2013-12-25 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | C/ZrC-SiC-Cu复合材料及其制备方法 |
| CN106064951A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-11-02 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | C/C‑SiC复合材料及其制备方法和应用 |
| CN106507783B (zh) * | 2005-05-27 | 2017-03-15 | 西北工业大学 | 碳/碳化硅陶瓷基复合材料刹车盘的制造方法 |
| US20170166486A1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-06-15 | University Of The Witwatersrand, Johannesburg | Ceramic composite and method to prepare the composite |
| CN110983208A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-04-10 | 中南大学 | 一种C/C-SiC-Cu复合材料及其制备方法和应用 |
| CN112047750A (zh) * | 2020-09-02 | 2020-12-08 | 中京吉泰(北京)科技有限责任公司 | 一种复合结构摩擦材料及其制备方法 |
-
2020
- 2020-12-29 CN CN202011588065.4A patent/CN112552067B/zh active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04149081A (ja) * | 1990-10-11 | 1992-05-22 | Toshiba Ceramics Co Ltd | ＳｉＣ被覆Ｃ／Ｃ複合材 |
| JPH0837258A (ja) * | 1994-03-25 | 1996-02-06 | B F Goodrich Co:The | 炭素／炭素複合体およびそれを含む電気機器 |
| US20020032115A1 (en) * | 2000-09-12 | 2002-03-14 | Kazuyuki Oguri | Coating having high resistance to heat and oxidation and multi-coated material having high resistance to heat and oxidation |
| CN106507783B (zh) * | 2005-05-27 | 2017-03-15 | 西北工业大学 | 碳/碳化硅陶瓷基复合材料刹车盘的制造方法 |
| CN101033137A (zh) * | 2007-02-06 | 2007-09-12 | 西北工业大学 | 碳/碳－碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法 |
| US7998376B2 (en) * | 2008-02-06 | 2011-08-16 | Honeywell International Inc. | Method for reducing variability in friction performance |
| CN101525730A (zh) * | 2008-03-07 | 2009-09-09 | 西北工业大学 | 高体积分数C/Cu复合材料的低压辅助熔渗制备方法 |
| CN106507877B (zh) * | 2009-05-07 | 2012-04-04 | 西北工业大学 | 一种碳/碳化硅飞机刹车材料的制造方法 |
| US20110221084A1 (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-15 | Trex Enerprises Corp. | Honeycomb composite silicon carbide mirrors and structures |
| CN103469122A (zh) * | 2013-08-25 | 2013-12-25 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | C/ZrC-SiC-Cu复合材料及其制备方法 |
| US20170166486A1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-06-15 | University Of The Witwatersrand, Johannesburg | Ceramic composite and method to prepare the composite |
| CN106064951A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-11-02 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | C/C‑SiC复合材料及其制备方法和应用 |
| CN110983208A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-04-10 | 中南大学 | 一种C/C-SiC-Cu复合材料及其制备方法和应用 |
| CN112047750A (zh) * | 2020-09-02 | 2020-12-08 | 中京吉泰(北京)科技有限责任公司 | 一种复合结构摩擦材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 于占江等: "《国家示范性专业重点规划教材摩擦材料生产工艺》", 31 January 2018, 天津大学出版社 * |
| 罗贤等: "Ti在SiCf/Cu复合材料中用作界面改性剂的研究", 《稀有金属材料与工程》 * |
| 黄伯云等: "《中国战略性新兴产业-新材料 碳/碳复合材料》", 31 December 2017, 中国铁道出版社 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113880598A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-01-04 | 湖北瑞宇空天高新技术有限公司 | 高铁用高电导率受电弓滑板用复合材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112552067B (zh) | 2021-10-22 |
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