本發(fā)明涉及剎車材料制備，具體涉及一種摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、陶瓷基復(fù)合材料作為新型剎車材料，和傳統(tǒng)材料相比，具有摩擦系數(shù)穩(wěn)定、摩擦損耗量小、制動(dòng)范圍大和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。其中c/sic材料要比c/c材料制成的剎車材料性能更出色，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)。陶瓷基復(fù)合材料作為剎車材料，較大地提高了使用溫度，減小了剎車系統(tǒng)體積，提高了整車的安全性，其作為新一代剎車材料具有廣闊前景。

2、碳陶復(fù)合剎車材料的微觀結(jié)構(gòu)包含碳纖維增強(qiáng)相、碳基體、sic陶瓷基體及少量殘余si。sic陶瓷相為硬質(zhì)相，其作用是提高摩擦系數(shù)，但摩擦表面sic含量過(guò)高時(shí)，產(chǎn)生“犁溝”效應(yīng)而加速磨損；摩擦表面和近表面的si相在剎車過(guò)程中會(huì)因溫度過(guò)高而熔融，出現(xiàn)粘著磨損，嚴(yán)重影響剎車安全性；且由于sic和si耐磨性好，剎車盤(pán)在制動(dòng)過(guò)程中，難以形成穩(wěn)定的摩擦膜，這對(duì)摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和制動(dòng)的平穩(wěn)性有很大的影響。增加填料對(duì)基體進(jìn)行改性，是改善碳陶復(fù)合材料摩擦性能的有效方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)及其制備方法，以解決現(xiàn)有碳陶剎車盤(pán)在制動(dòng)過(guò)程中摩擦系數(shù)抖動(dòng)、制動(dòng)不平穩(wěn)以及磨損量大的問(wèn)題。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：提供一種摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)的制備方法，包括以下步驟：

3、(1)在填料中加入樹(shù)脂、有機(jī)溶劑和固化劑，混合均勻，制得漿料；

4、(2)將碳纖維預(yù)制體采用步驟(1)制得的漿料進(jìn)行浸漬，然后固化、裂解，制得帶有填料的碳/碳坯體；

5、(3)將步驟(2)制得的帶有填料的碳/碳坯體進(jìn)行機(jī)械加工，得到碳/碳剎車盤(pán)，然后采用反應(yīng)熔滲法進(jìn)行陶瓷化處理，再進(jìn)行精加工，制得摩擦系數(shù)穩(wěn)定陶瓷剎車盤(pán)。

6、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)：

7、進(jìn)一步，步驟(1)中，將填料和分散劑混合，進(jìn)行超聲處理后，再加入樹(shù)脂、有機(jī)溶劑和固化劑。

8、進(jìn)一步，分散劑為乙醇或丙酮。

9、進(jìn)一步，填料和分散劑的質(zhì)量比為1：45-55

10、進(jìn)一步，填料和分散劑的質(zhì)量比為1：50。

11、進(jìn)一步，超聲處理25-35min。

12、進(jìn)一步，超聲處理30min。

13、進(jìn)一步，步驟(1)中，填料、樹(shù)脂和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為5-30：20-50：50-70。

14、進(jìn)一步，步驟(1)中，固化劑質(zhì)量為樹(shù)脂質(zhì)量的5-15％。

15、進(jìn)一步，步驟(1)中，填料為多壁碳納米管、石墨粉或二硫化鉬。

16、采用上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果為：以cnts形式在c/c預(yù)制體中加入過(guò)量的碳，可以顯著提高si的浸滲效率，從而提高c-sic復(fù)合材料的密度和微觀組織的均勻性，以獲得更好的摩擦性能；另外，未反應(yīng)的cnts及較低的殘余孔隙率可以提升材料的斷裂強(qiáng)度。石墨粉可減緩基體收縮，提高產(chǎn)碳率，很容易在對(duì)偶件表面上形成一層具有減摩、潤(rùn)滑作用的石墨膜，從而使摩擦變成兩石墨膜之間的摩擦，減緩摩擦面直接接觸，使磨損顯著降低，摩擦系數(shù)穩(wěn)定。二硫化鉬的加入有利于提高材料的致密性，改善摩擦材料的表面粗糙度，有效減小磨損過(guò)程中纖維的拔出與斷裂，大幅度降低磨損率。

17、進(jìn)一步，石墨粉的粒徑為1μm。

18、進(jìn)一步，步驟(1)中，樹(shù)脂為酚醛樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂。

19、進(jìn)一步，步驟(1)中，有機(jī)溶劑為乙醇或丙酮。

20、進(jìn)一步，步驟(1)中，固化劑為六次甲基四胺。

21、進(jìn)一步，步驟(1)中，于500-700r/min條件下攪拌3-5h，完成混合均勻過(guò)程。

22、進(jìn)一步，步驟(1)中，于600r/min條件下攪拌4h，完成混合均勻過(guò)程。

23、進(jìn)一步，步驟(2)中，將碳纖維預(yù)制體清洗干燥后，再進(jìn)行浸漬。

24、進(jìn)一步，于水中超聲0.8-1.5h，完成清洗過(guò)程。

25、進(jìn)一步，于75-85℃條件下干燥10-15h。

26、進(jìn)一步，于80℃條件下干燥12h。

27、進(jìn)一步，步驟(2)中，于真空條件浸漬0.5-1h，然后于壓力條件下浸漬0.5-1h，完成浸漬過(guò)程。

28、進(jìn)一步，于0.7-0.9mpa壓力條件下浸漬。

29、進(jìn)一步，于0.8mpa壓力條件下浸漬。

30、進(jìn)一步，步驟(2)中，于60-80℃條件下固化1-2h，然后于90-110℃條件下固化1-2h，再于120-150℃條件下固化3-5h，完成整個(gè)固化過(guò)程。

31、進(jìn)一步，步驟(2)中，于80℃條件下固化1h，然后于100℃條件下固化1h，再于150℃條件下固化4h，完成整個(gè)固化過(guò)程。

32、進(jìn)一步，步驟(2)中，于800-1200℃條件下裂解1-3h。

33、進(jìn)一步，步驟(2)中，于1000℃條件下裂解3h。

34、進(jìn)一步，以8-12℃/min的速度加熱至裂解溫度。

35、進(jìn)一步，以10℃/min的速度加熱至裂解溫度。

36、進(jìn)一步，步驟(2)中，碳纖維預(yù)制體為三維針刺碳纖維預(yù)制體。

37、進(jìn)一步，步驟(2)中，帶有填料的碳/碳坯體的密度為1.3g/cm3。

38、進(jìn)一步，步驟(3)中，采用硅粉或硅鐵粉進(jìn)行陶瓷化處理。

39、進(jìn)一步，硅鐵粉為質(zhì)量比為80：20的si和fe的混合物，si平均粒徑為50μm，fe平均粒徑為100μm。

40、進(jìn)一步，步驟(3)中，于1500-1800℃條件下陶瓷化處理2-6h。

41、本發(fā)明還提供上述方法制得的摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)。

42、本發(fā)明具有以下有益效果：

43、1、本發(fā)明的方法在rmi前，將填料通過(guò)漿料浸漬引進(jìn)碳碳坯體中，再通過(guò)反應(yīng)熔體浸滲工藝(rmi)進(jìn)行陶瓷化，獲得具有表面連續(xù)摩擦膜、良好的磨損率、制動(dòng)穩(wěn)定性良好的碳陶剎車盤(pán)。

44、2、本發(fā)明中pip(浸漬-裂解)工藝、添加填料，能夠減緩基體體積收縮，提高產(chǎn)碳率，增加密度，減小碳陶剎車盤(pán)在制動(dòng)過(guò)程中的磨損，獲得大面積連續(xù)的摩擦膜，提高剎車盤(pán)的制動(dòng)穩(wěn)定性，獲得穩(wěn)定性高的摩擦系數(shù)，解決了碳陶剎車盤(pán)在制動(dòng)過(guò)程中摩擦系數(shù)抖動(dòng)、制動(dòng)不平穩(wěn)、磨損量大的問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，將填料和分散劑混合，進(jìn)行超聲處理后，再加入樹(shù)脂、有機(jī)溶劑和固化劑。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，填料、樹(shù)脂和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為5-30：20-50：50-70。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，固化劑質(zhì)量為樹(shù)脂質(zhì)量的5-15％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，填料為多壁碳納米管、石墨粉或二硫化鉬。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，于真空條件下浸漬0.5-1h，然后于壓力條件下浸漬0.5-1h，完成浸漬過(guò)程。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，于60-80℃條件下固化1-2h，然后于90-110℃條件下固化1-2h，再于120-150℃條件下固化3-5h，完成整個(gè)固化過(guò)程。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，于800-1200℃條件下裂解1-3h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，采用硅粉或硅鐵粉進(jìn)行陶瓷化處理。

10.權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)的制備方法制得的摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種摩擦系數(shù)穩(wěn)定碳陶剎車盤(pán)及其制備方法，涉及剎車材料制備技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟：在填料中加入樹(shù)脂、有機(jī)溶劑和固化劑，混合均勻，制得漿料；將碳纖維預(yù)制體采用漿料進(jìn)行浸漬，然后固化、裂解，制得帶有填料的碳/碳坯體；機(jī)械加工，得到碳/碳剎車盤(pán)，然后采用反應(yīng)熔滲法進(jìn)行陶瓷化處理，再進(jìn)行精加工，制得摩擦系數(shù)穩(wěn)定陶瓷剎車盤(pán)。本發(fā)明中PIP(浸漬?裂解)工藝、添加填料，能夠減緩基體體積收縮，提高產(chǎn)碳率，增加密度，減小碳陶剎車盤(pán)在制動(dòng)過(guò)程中的磨損，獲得大面積連續(xù)的摩擦膜，提高剎車盤(pán)的制動(dòng)穩(wěn)定性，獲得穩(wěn)定性高的摩擦系數(shù)，解決了碳陶剎車盤(pán)在制動(dòng)過(guò)程中摩擦系數(shù)抖動(dòng)、制動(dòng)不平穩(wěn)、磨損量大的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：王芙愿,鄭偉,王靜,董強(qiáng),史思濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國(guó)投陶瓷基復(fù)合材料研究院（西安）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2