CN1403527A - 摩擦复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种摩擦复合材料的制备方法属于复合材料领域。具体步骤如下：选取木质材料，通过改性树脂真空浸渍10～30小时，并适当辅助超声工艺以提高改性树脂的浸渍率，取出干燥；将经树脂浸渍后的木质材料，以3～15℃/分的升温速度，真空条件下，500－1500℃高温下保温2～10小时，制备具有不同空隙率的生态陶瓷；真空高压条件下，温度200～1200℃，真空度1×10^－1Pa～1×10^－3Pa，反应压力5～30个大气压，将金属复合于多孔生态陶瓷内，制备得到具有网络互穿结构的生态陶瓷金属复合材料。本发明制备的复合材料，这既具备了常规金属基复合材料的高比强、高比模、耐磨性好、高温性能好等优点，又具备了连续纤维增强金属基复合材料的特征，进一步解决常规复合材料的可靠性问题。

Description

摩擦复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料的方法，特别是一种摩擦复合材料的制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

现代科学技术的发展对材料的要求日益提高，传统材料以及单一的材料也越来越难以满足现代科学技术高速发展的需求。复合化是材料发展的必然趋势，因此复合材料是本世纪发展迅速的材料之一。现行的大多数复合材料的增强相在基体中为分散的颗粒相或者是短纤维相，增强相与基体之间的界面为非连续界面，而且陶瓷颗粒增强铝基复合材料的塑性较低，制动盘在承受交变热负荷时，在铝基复合材料中一旦出现裂纹萌生，就很容易扩展，结果导致突发事件，从而使非连续增强铝基复合材料承载时的可靠性下降，往往在失效之前无明显的征兆，而这种状况对于车辆、起重设备、传动设备的安全可靠性是一个致命的威胁和隐患。

日本青森工业试验场经多年研究，利用木质材料经过特殊处理和含浸、碳化烧结工艺，成功地开发出了一种称为生态陶瓷(Eco-Ceramic或Wood-Ceramic)的新型环境材料。该材料可以由单一的废弃木屑，废纸及果渣或它们的混合物经树脂含浸而制备。生态陶瓷主要由碳组成，烧结后形成许多连续的开孔隙，是一种海绵状多孔材料。生态陶瓷具有非常优异的耐磨、减磨性，优良的电磁屏蔽效应和远红外放射特性。同时它还具有低密度和低的热膨胀系数，并期待作为耐磨，加热部件。经文献检索发现，张荻，范同祥等人在《功能材料》2001年32(2)，P121-123页上撰文“结构功能一体化材料——木质陶瓷的发展及其应用”，该文概括的说明了木质陶瓷的制备及其性能特征，可以看出制备木质陶瓷材料不仅有效地利用了木质废弃物材料，保护了环境，而且它具有良好的导电、导热性能，又像其它碳材料一样具有优良的耐热、耐蚀性特征，但是由于生态陶瓷的脆性和低强度等的缺点，大大限制了该种材料在更为广阔的工业及生活范围内应用。

发明内容和具体实施方式

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种摩擦复合材料的制备方法，使其在发挥生态陶瓷现有的优异特性的同时，增加生态陶瓷抗拉、抗弯强度和刚度及韧性，制备优良的摩擦磨损材料。本发明是通过以下技术方案实现的，具体步骤如下：

(1)选取木质材料，通过改性树脂真空浸渍10～30小时，取出干燥；

(2)将经树脂浸渍后的木质材料，以3～15℃/分的升温速度，真空条件下，500-1500℃高温下保温2～10小时，制备具有不同空隙率的生态陶瓷；

(3)真空高压条件下，温度200～1200℃，真空度1×10^-1Pa～1×10^-3Pa，反应压力5～30个大气压，将金属(包括Al及其合金等)复合于多孔生态陶瓷内，制备得到具有网络互穿结构的生态陶瓷金属复合材料。

以下对本发明方法的进一步描述：

步骤(1)中，为了提高改性树脂的浸渍率，可以通过先将木质原材料在真空条件下进行500～1200℃高温炭化，并且采用真空超声复合浸渍的方法，以调整生态陶瓷成品的结构及性能特征。

为了改善木质陶瓷自身结构及性能，可以采用对步骤(2)制备的木质陶瓷再次实施高温处理。在800～3000℃的高温下，分别进行5～50小时的焙烧处理，以调整和控制生态陶瓷材料的组织相结构，如提高结晶化，减少玻璃碳含量，从而提高其导电，减磨性能。

本发明具有实质性特点和显著进步，本发明利用生态陶瓷现有的大量三维开孔隙，并向其中浸渍导电导热塑性高金属及其合金，如Al等金属及其合金，制备出具有生态陶瓷和金属三维网络互穿复合材料，这种材料是介于连续纤维增强金属基复合材料和非连续增强金属基复合材料之间的一种新型复合材料，在这种复合材料中，若增强相和基体之间互为网络交叉，则增强相和基体之间的结合界面为连续结合界面，增强相和基体的破坏互为制约，相互牵制，并经增强体和基体的优化后，既具备了常规金属基复合材料的高比强、高比模、耐磨性好、高温性能好等优点，又引入了增强体和基体金属之间的三维连续网络互穿界面，又具备了连续纤维增强金属基复合材料的特征，从而进一步解决常规复合材料的可靠性问题，可以完全满足由于汽车的轻量化、高速化而对制动材料提出的轻量化、耐热裂、导热性好、耐磨擦、寿命长、可靠性好等要求。

结合本发明的内容提供以下三个实施例：

实施例一：选取干燥木质材料为原材料，在真空条件下650℃炭化以制备多孔炭材料，然后真空条件下浸渍改性树脂材料10小时后，取出在80℃温度下干燥。将干燥并浸渍有树脂的木质材料在真空烧结炉中，以3℃/分的速度升温至600℃，保温6小时，炉冷后制得生态陶瓷材料预制件。在真空压力浸渗炉中，浸渗温度300℃，真空度1×10^-1Pa，浸渗压力30个大气压条件下，将熔融的工业纯铝浸渗复合到生态陶瓷预制件中，制备得到具有网络互穿结构的生态陶瓷金属复合材料。这种材料大大改善了生态陶瓷材料所原有的脆性及导热性能差等缺点。

实施例二：选取干燥木质材料为原材料，真空条件下浸渍改性树脂材料30小时后，取出在80℃温度下干燥。将干燥并浸渍有树脂的木质材料在真空烧结炉中，以10℃/分的速度升温至1500℃，保温3小时，炉冷后制得具有多孔结构特征的生态陶瓷材料。在真空压力浸渗炉中，浸渗温度600℃，真空度1×10^-2Pa，浸渗压力5个大气压条件下，将熔融的铝硅合金浸渗复合到生态陶瓷预制件中，制备得到具有网络互穿结构的生态陶瓷金属复合材料。滑动速度为200转/分时ECMs/AlSi复合材料及其基体合金摩擦过程中稳态摩擦系数比基体AlSi合金小0.1以上，而且随着载荷的增加，这种差值逐渐增加。

实施例三：选取干燥木质材料为原材料，真空超声条件下浸渍改性树脂材料20小时后，取出在80℃温度下干燥。将干燥并浸渍有树脂的木质材料在真空烧结炉中，以15℃/分的速度升温至1000℃，保温4小时，炉冷后制得具有多孔结构特征的生态陶瓷材料。为了改善木质陶瓷自身结构及性能，采用对制备的木质陶瓷再次实施高温处理。在2000℃的高温条件下，进行20小时的焙烧处理，以调整和控制生态陶瓷材料的组织相结构；在真空压力浸渗炉中，浸渗温度1000℃，真空度1×10^-3Pa，浸渗压力15个大气压条件下，将熔融的铝硅合金浸渗复合到生态陶瓷预制件中，制备得到具有网络互穿结构的生态陶瓷金属复合材料。这种材料明显提高了生态陶瓷材料的力学性能，在整个载荷范围内，基体AlSi合金的磨损率明显大于ECMs/AlSi复合材料。

Claims (3)

1、一种摩擦复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)选取木质材料，通过改性树脂真空浸渍10～30小时，取出干燥；

(2)将经树脂浸渍后的木质材料，以3～15℃/分的升温速度，真空条件下，500-1500℃高温下保温2～10小时，制备具有各种空隙率的生态陶瓷；

(3)真空高压条件下，温度200～1200℃，真空度1×10^-1Pa～1×10^-3Pa，反应压力5～30个大气压，将金属复合于多孔生态陶瓷内，制备得到具有网络互穿结构的生态陶瓷金属复合材料。

2、根据权利要求1所述的这种摩擦复合材料的制备方法，其特征是步骤(1)中，提高改性树脂的浸渍率通过先将木质原材料在真空条件下进行500～1200℃高温炭化，并且采用真空超声复合浸渍的方法，调整生态陶瓷成品的结构及性能特征。

3、根据权利要求1所述的这种摩擦复合材料的制备方法，其特征是改善木质陶瓷自身结构及性能通过采用对步骤(2)制备的木质陶瓷再次实施高温处理，在800～3000℃的高温下，分别进行5～50小时的焙烧处理，调整和控制生态陶瓷材料的组织相结构。