專利名稱：一種工業(yè)制動(dòng)器用炭/陶制動(dòng)襯片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)了一種工業(yè)制動(dòng)器用炭/陶(C/C-SiC)制動(dòng)襯片的制造
方法，具體地說(shuō)是采用化學(xué)氣相滲透與熔融滲硅工藝相結(jié)合制造工業(yè)制 動(dòng)器用炭/陶制動(dòng)襯片材料、及其加工和與鋼背的連接方法。
背景技術(shù)：
在工業(yè)制動(dòng)器中制動(dòng)襯片屬于關(guān)鍵材料之一，它的優(yōu)劣不僅影響工 業(yè)機(jī)械制動(dòng)性能而且關(guān)系著操作人員的生命安全。因此要求所用的制動(dòng)
襯片材料必須具有以下功能(l)高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)；(2)高的耐磨性； (3)足夠的強(qiáng)度；(4)良好的抗熱衰退性能；(5)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，即良好 的耐油、水和腐蝕等性能。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)工業(yè)機(jī)械的速 度、負(fù)荷和安全性的要求也越來(lái)越高，因此對(duì)制動(dòng)材料的研究也一直未 能停止，不斷用性能更優(yōu)異、更安全和更舒適的制動(dòng)材料取代前一代產(chǎn)
P
口O o
目前使用的工業(yè)制動(dòng)器襯片材料主要有樹(shù)脂基(半金屬基)復(fù)合材 料和粉末冶金材料。樹(shù)脂基復(fù)合材料的特點(diǎn)是制造技術(shù)成熟、可以調(diào)整 成分配比來(lái)選擇所需的摩擦系數(shù)、重量輕、制動(dòng)無(wú)火化、成本低，但是 導(dǎo)熱性較差、易產(chǎn)生熱衰退、在濕態(tài)制動(dòng)條件下摩擦系數(shù)不穩(wěn)定。粉末 冶金材料摩擦系數(shù)高且穩(wěn)定、導(dǎo)熱優(yōu)良、強(qiáng)度高，但其摩擦系數(shù)隨溫度 和制動(dòng)速度的升高而明顯下降、高溫時(shí)易粘結(jié)撕裂、且易氧化銹蝕。
炭纖維增強(qiáng)炭基陶瓷基(簡(jiǎn)稱為炭/陶，具體到本發(fā)明即C/C-SiC) 復(fù)合材料是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種高性能制動(dòng)材料，具有摩擦系數(shù)高且 穩(wěn)定，磨損小，剎車比大，剎車系統(tǒng)體積小和導(dǎo)熱性好等一系列優(yōu)異性 能，尤其能克服C/C制動(dòng)材料靜態(tài)和濕態(tài)摩擦系數(shù)低的缺點(diǎn)、能保障動(dòng) 力機(jī)械在高速度、大功率時(shí)的剎車安全性，能大幅度提高剎車效率及剎 車片的使用壽命。因此，C/C-SiC制動(dòng)材料被公認(rèn)為是極具競(jìng)爭(zhēng)力的新
一代剎車材料。
化學(xué)氣相滲透是制備纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料最有前途的方法之 一，其顯著特點(diǎn)是能在較低的溫度進(jìn)行陶瓷基復(fù)合材料的制備，但制備 厚壁部件易產(chǎn)生"瓶頸"效應(yīng)，材料內(nèi)部產(chǎn)生較大的密度梯度，因此制 造過(guò)程中需多次進(jìn)行機(jī)加工。采用熔融滲硅制備碳化硅基體，制備周期
短、成本低，但浸滲過(guò)程中液Si易與炭纖維反應(yīng)，導(dǎo)致材料力學(xué)性能
降低，因此一般首先采用其它方法對(duì)材料中炭纖維制備保護(hù)層。 本發(fā)明人前期申請(qǐng)的"一種磁懸浮列車滑撬所用的炭/炭-碳化硅
材料的制備方法"發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?00710034379.8)主要對(duì)以準(zhǔn)三維炭纖維整體氈為預(yù)制體，采用等溫CVI (或熱梯度CVI)和非浸泡式 定向熔Si浸滲制造磁懸浮列車滑撬的工藝過(guò)程申請(qǐng)了專利保護(hù)。
炭/陶摩擦材料因SiC基體的硬度高、耐磨損，對(duì)刀具損傷大，加
工難度大。減少炭/陶摩擦材料的加工量可顯著降低其制造成本。同時(shí) 前期研究發(fā)現(xiàn)，熔融滲硅過(guò)程中石墨坩鍋中多余的熔硅在冷卻時(shí)容易黏 附在制動(dòng)襯片的表面形成難以去除的硅疙瘩，增加后續(xù)加工難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種所制造的炭/陶制動(dòng)襯片具 有較高的力學(xué)性能和優(yōu)異的摩擦磨損性能的工業(yè)制動(dòng)器用炭/陶制動(dòng)襯 片的制造方法。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的工業(yè)制動(dòng)器用炭/陶制動(dòng)襯片 的制造方法，首先采用針刺的方法制備炭纖維預(yù)制體，對(duì)其進(jìn)行高溫?zé)?br> 處理后采用化學(xué)氣相滲透法制得低密度的c/c復(fù)合材料，對(duì)c/c復(fù)合材 料進(jìn)行高溫?zé)崽幚砗筮M(jìn)行機(jī)加工，然后在高溫真空爐中對(duì)c/c材料進(jìn)行
熔融滲硅，通過(guò)Si與C反應(yīng)形成SiC制得C/C-SiC制動(dòng)材料，最后將 C/C-SiC制動(dòng)材料進(jìn)行機(jī)加工后用鉚釘將其與鋼背進(jìn)行冷鉚接，制得所
需的工業(yè)制動(dòng)器用C/C-SiC制動(dòng)襯片，該技術(shù)方案包括下列步驟
(1) 針刺炭纖維預(yù)制體
將單層0°無(wú)緯布、胎網(wǎng)、90°無(wú)緯布、胎網(wǎng)依次循環(huán)疊加，或者
全部采用胎網(wǎng)疊加，然后采用接力式針刺的方法在垂直于鋪層方向引入 炭纖維束制成炭纖維預(yù)制體，預(yù)制體密度根據(jù)最終產(chǎn)品要求可設(shè)計(jì)在
0. 1 0. 65g/W之間；
(2) 前高溫?zé)崽幚?br> 將制得的炭纖維預(yù)制體在高溫處理爐進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，緩解炭纖維 預(yù)制體在編織過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力，并去除炭纖維束表面的膠，熱處理溫 度為1500 2100°C，全程時(shí)間3 10小時(shí)，壓力為微正壓(即略微超過(guò) 真空壓力表O刻度)，氬氣惰性氣體保護(hù)；
(3) 化學(xué)氣相滲透
采用快速化學(xué)氣相滲透法對(duì)經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚砗蟮奶坷w維預(yù)制體進(jìn)行 熱解炭增密，制得密度為1.0 1.6g/cm3的低密度炭纖維增強(qiáng)基體炭 (C/C)復(fù)合材料；化學(xué)氣相滲透的碳源氣體為甲垸、丙稀、丙垸或者 天然氣，稀釋氣體為氮?dú)?、氫氣或其混合氣體，碳源氣體與稀釋氣體之 體積比為1 : 1 3，沉積時(shí)間為120 300小時(shí)，沉積溫度為900 1100 。C;
(4) 后高溫?zé)崽幚?br> 在保護(hù)氣氛下，將制得的低密度C/C復(fù)合材料在高溫感應(yīng)處理爐進(jìn) 行2000 230(TC的高溫?zé)崽幚?，提高低密度C/C復(fù)合材料的石墨化度。 處理時(shí)為微正壓，氬氣惰性氣體保護(hù)；或不進(jìn)行該高溫?zé)崽幚?，而在?續(xù)步驟(7)的熔融滲硅時(shí)適當(dāng)提高50 15(TC浸滲溫度；
5(5) —次機(jī)加工
將制得的低密度c/c復(fù)合材料按相應(yīng)襯片尺寸進(jìn)行機(jī)加工，c/c坯
體四周的尺寸按襯片尺寸的負(fù)公差加工，在厚度方向留出lmm的后續(xù)加 工余量，得到低密度C/C復(fù)合材料坯體；
(6) 鉆鉚釘孔
采用硬質(zhì)合金或金剛石鉆頭在機(jī)加工后的低密度C/C復(fù)合材料坯體 上加工與鋼背鉚釘連接的沉孔；沉孔小端直徑和高度根據(jù)制動(dòng)襯片需提 供的制動(dòng)力矩計(jì)算，直徑一般為5 8mm，高度需大于等于3mm，沉孔大 端直徑一般比小端直徑大5mm即可；
(7) 熔融滲硅
將加工后的低密度C/C復(fù)合材料坯體置于裝有硅粉的石墨坩鍋中在 高溫真空爐中進(jìn)行熔融滲硅，通過(guò)Si與C反應(yīng)形成SiC得到C/C-SiC 制動(dòng)襯片，由C/C-SiC制動(dòng)襯片的預(yù)期密度和c/c復(fù)合材料坯體密度兩
者之差可計(jì)算出熔融滲硅過(guò)程中需生成的硅化碳含量，進(jìn)而計(jì)算出硅-
碳反應(yīng)中理論需硅量，取理論需硅量的1.1 2.0倍硅粉置于石墨坩鍋
中鋪平，將低密度c/c復(fù)合材料坯休平鋪于硅粉上并輕壓，將多個(gè)裝有
硅粉和低密度c/c復(fù)合材料坯體的石墨坩鍋疊置于高溫真空爐中進(jìn)行熔 融滲硅制得密度為1.8 2.4g/cm3的C/C-SiC制動(dòng)材料，高溫真空爐內(nèi) 釆用負(fù)壓或充入氬氣產(chǎn)生微正壓，硅粉純度為大于99%，粒度為0.01 0. lmm，熔融滲硅的溫度為1500 190(TC、在最高溫度點(diǎn)保溫0. 5 2. Oh; 熔融滲硅過(guò)程中，熔融硅在毛細(xì)管力的驅(qū)動(dòng)下順著低密度C/C復(fù)合材料 坯體的內(nèi)部孔隙滲入材料內(nèi)部，同時(shí)與接觸到的炭發(fā)生Si — C反應(yīng)生成 SiC基體相得到C/C-SiC制動(dòng)襯片，少量未反應(yīng)的熔融硅殘留在C/C-SiC 襯片中并被碳化硅基體包圍；
(8) 二次機(jī)加工
將制得的C/C-SiC制動(dòng)襯片在磨床上采用金剛石砂輪對(duì)摩擦面進(jìn)行 表面加工，使C/C-SiC制動(dòng)襯片厚度達(dá)到產(chǎn)品的厚度要求；
(9) 鉚接
將鉚釘孔打磨后，在沉孔小端緊配合套上銅質(zhì)或鋼質(zhì)的鉚釘套，然 后采用銅質(zhì)或鋼質(zhì)鉚釘將C/C-SiC制動(dòng)襯片和鋼背進(jìn)行冷鉚接；鉚合后 鉚釘套和鉚釘之間應(yīng)保留0. 1 0.2mm的空隙，襯片和鋼背要緊貼，不 能有縫隙紋。
采用上述技術(shù)方案的工業(yè)制動(dòng)器用炭/陶制動(dòng)襯片的制造方法，其
優(yōu)點(diǎn)和積極效果充分體現(xiàn)在
(1)本發(fā)明在國(guó)內(nèi)外首次將C/C-SiC制動(dòng)材料應(yīng)用于工業(yè)制動(dòng)器制 動(dòng)襯片，并提供了一種可批量生產(chǎn)該襯片的制造技術(shù)， 一種低加工強(qiáng)度 的襯片加工方法，以及一種C/C-SiC制動(dòng)襯片與鋼背的連接方法。
采用化學(xué)氣相滲透與熔融滲硅工藝制造的工業(yè)制動(dòng)器用C/C-SiC制
動(dòng)襯片，與傳統(tǒng)襯片材料相比，強(qiáng)度高，摩擦系數(shù)高而且穩(wěn)定，耐磨性好，摩擦磨損性能對(duì)溫度和周圍環(huán)境條件不敏感。
(2) 本發(fā)明中采用熔融滲硅法得到SiC陶瓷基體，熔融硅與炭發(fā)生 Si — C反應(yīng)生成面心立方0-SiC。熔融滲硅過(guò)程中浸滲到材料內(nèi)部中少 量未反應(yīng)的液硅冷卻后殘留在C/C-SiC復(fù)合材料中，有利于C/C-SiC制
動(dòng)襯片摩擦系數(shù)的提高和磨損的降低。
(3) 通過(guò)控制化學(xué)氣相滲透的時(shí)間可以控制基體中熱解碳的含量， 控制熔融滲硅的溫度和時(shí)間可以控制基體中SiC和殘留硅的含量，從而 實(shí)現(xiàn)對(duì)C/C-SiC制動(dòng)材料微觀結(jié)構(gòu)和摩擦磨損性能的控制。
(4) 在低密度C/C復(fù)合材料階段進(jìn)行坯體四周、厚度和鉚接沉孔的 機(jī)加工，即可打開(kāi)低密度C/C復(fù)合材料表面被熱解炭封閉的孔隙，同時(shí) C/C復(fù)合材料易于加工，可顯著降低后續(xù)C/C-SiC復(fù)合材料襯片的加工強(qiáng)度。
(5) 在熔融滲硅過(guò)程中，C/C-SiC制動(dòng)襯片材料的表面會(huì)形成SiC層， 而在后續(xù)加工時(shí)只加工襯片的摩擦面，沒(méi)有破壞非摩擦面的SiC層，從
而顯著降低了襯片在制動(dòng)過(guò)程中的高溫氧化損傷，提高使用壽命。
(6) 在沉孔小端緊配合套上銅質(zhì)或鋼質(zhì)的鉚釘套，可有效解決 C/C-SiC復(fù)合材料抗沖擊性較差的問(wèn)題。
(7) 鉚合后鉚釘套和鉚釘之間保留0. 1 0.2mra的空隙，可有效解 決C/C-SiC復(fù)合材料襯片和鋼背間熱膨脹系數(shù)差異大，在制動(dòng)產(chǎn)生高溫 時(shí)，鋼背和襯片間因熱膨脹失配而在襯片鉚接處產(chǎn)生應(yīng)力集中甚至襯片 被拉裂的問(wèn)題。
綜上所述，本發(fā)明是一種所制造的炭/陶制動(dòng)襯片具有較高的力學(xué)性 能和優(yōu)異的摩擦磨損性能的工業(yè)制動(dòng)器用炭/陶制動(dòng)襯片的制造方法。


圖1是本發(fā)明的熔融滲硅示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1:
(1) 首先采用日本東麗公司(Toray)生產(chǎn)的PAN型T700(12K)炭纖 維制成胎網(wǎng)和無(wú)緯布，將單層0°無(wú)緯布、網(wǎng)胎層、90°無(wú)緯布、網(wǎng)胎 層依次循環(huán)疊加，然后采用接力式針刺的方法制成密度為0.55g/cm3的 炭纖維預(yù)制體；
(2) 在氬氣保護(hù)氣氛下將預(yù)制體進(jìn)行180(TC前高溫?zé)崽幚?，全程時(shí) 間5小時(shí)，壓力為微正壓(即略微超過(guò)真空壓力表O刻度)；
(3) 采用丙稀為碳源氣，氫氣為稀釋氣，丙稀與氫氣的體積比為1 :2，采用等溫化學(xué)氣相滲透法對(duì)預(yù)制體在IIO(TC下沉積熱解炭，沉積 150小時(shí)后制得密度為1. 52g/cm'3的低密度C/C材料；
(4) 將低密度C/C材料進(jìn)行200(TC的后高溫?zé)崽幚?，采用氬氣為?護(hù)氣體；(5) 將低密度C/C復(fù)合材料按相應(yīng)襯片材料尺寸進(jìn)行一次機(jī)加工；
(6) 在機(jī)加工后的低密度C/C復(fù)合材料上鉆出與鋼背鉚釘連接的
沉孔；
(7) 參見(jiàn)圖1，將加工后的低密度C/C復(fù)合材料坯體2置于裝有硅 粉4的石墨坩鍋1中在高溫真空爐3中進(jìn)行熔融滲硅，取硅-碳反應(yīng)中 理論需硅量的1. 6倍硅粉4，在高溫真空爐3中對(duì)低密度C/C材料熔融 滲硅制得密度為2.26g/cm1々C/C-SiC制動(dòng)材料，硅粉純度為99.3%、粒 度為31ym，熔融滲硅時(shí)為微正壓，浸滲溫度為1650'C，保溫l小時(shí)；
(8) 將制得的C/C-SiC制動(dòng)材料在磨床上采用金剛石砂輪進(jìn)行表
面加工，即二次機(jī)加工；
(9) 最后將鉚釘孔打磨后套上鋼質(zhì)鉚釘套，然后采用直徑為5mm的 鋼質(zhì)鉚釘將C/C-SiC制動(dòng)襯片和鋼背進(jìn)行冷鉚接。
C/C-SiC材料垂直于無(wú)緯布的鋪層方向(即垂直于摩擦面)的熱物 理性能和力學(xué)性能如附表1所示。
將制備的C/C-SiC材料在QDM150型可調(diào)速調(diào)壓干摩擦試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行 摩擦磨損性能測(cè)試。試樣尺寸為25X25X 10mm，對(duì)偶件采用硬度值為 HRC50、①300mm的30CrMoSiVA合金鋼圓環(huán)。實(shí)驗(yàn)條件為干摩擦；制 動(dòng)壓力1. OMPa;滑行速度分別為8m \ 12 m s—\ 16 m s、 20 m s—1 和24 ni's—';滑行距離2000轉(zhuǎn)(即1884m)。由傳感器傳遞壓力，記錄 儀記錄摩擦力矩后轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的摩擦系數(shù)。采用螺旋測(cè)微儀(精確度 O.Olmm)測(cè)量試樣5點(diǎn)處制動(dòng)前后尺寸的變化，取其平均值作為線性磨 損率。不同制動(dòng)速度下試樣的摩擦磨損性能如表2所示。
表1
熱擴(kuò)散率導(dǎo)熱系數(shù)(25'C)彎曲強(qiáng)度壓縮強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度剪切強(qiáng)度沖擊韌性
0. 2cm2 s60 (W m—' K—1)158.2MPa271.8MPa150.6MPa110.4MPa3.2KJ m—2
表2(m . s-》 摩擦磨損性^^^"^^^812162024
摩擦系數(shù)0. 540. 450. 510. 340. 33
磨損率(X10—'cm3fnT')0. 2000. 1210. 1070. 1520. 284
實(shí)施例2:
(1) 采用日本東麗公司(Toray)生產(chǎn)的PAN型T700 (12K)炭纖維制 成胎網(wǎng)并層層疊加，然后采用接力式針刺的方法在垂直于鋪層方向引入 炭纖維束制成密度為0. 22g/cm3炭纖維預(yù)制體；
(2) 將炭纖維預(yù)制體進(jìn)行180(TC的前高溫?zé)崽幚?，采用氬氣為保護(hù)
8氣體，全程時(shí)間8小時(shí)，壓力為微正壓(即略微超過(guò)真空壓力表0刻度)；
(3) 采用天然氣為碳源氣，氫氣為稀釋氣，丙稀與氫氣的體積比為
1 : 3，采用熱梯度化學(xué)氣相滲透法在100(TC下沉積熱解炭，沉積200小 時(shí)后制得密度為1.45g/ci^的低密度C/C材料；
(4) 將制得的低密度C/C材料按相應(yīng)襯片材料尺寸進(jìn)行機(jī)加工；
(5) 在機(jī)加工后的低密度C/C材料上鉆鉚釘沉孔；
(6) 取硅-碳反應(yīng)中理論需硅量的2.0倍硅粉，在高溫真空爐中對(duì) 低密度C/C材料熔融滲硅制得密度為2.08g/cm3的C/C-SiC制動(dòng)材料； 在熔融滲硅工藝中，以純度為99. 3%、粒度為31u m的硅粉為硅源，熔 融滲硅時(shí)為負(fù)壓，浸滲溫度為1700。C浸滲，保溫2小時(shí)；
(7) 將制得的C/C-SiC制動(dòng)材料在磨床上采用金剛石砂輪進(jìn)行表 面加工；
(8) 最后將鉚釘孔打磨后套上銅質(zhì)鉚釘套，然后采用銅質(zhì)鉚釘將 C/C-SiC制動(dòng)襯片和鋼背進(jìn)行冷鉚接。
用Rigaku-3014型X射線衍射儀對(duì)試樣進(jìn)行物相分析，測(cè)得C、SiC 和Si的質(zhì)量百分比含量分別為60%、 34%和6%。
在MM-1000型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行模擬制動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)偶件為 30CrMoSiVA合金鋼。C/C-SiC摩擦試環(huán)尺寸外徑為75mm，內(nèi)徑為53 mm， 厚度為15 mm。試驗(yàn)前摩擦試環(huán)表面磨合到80%后測(cè)定10次，最后結(jié)果 取平均值。測(cè)試參數(shù)為制動(dòng)比壓1.00Mpa，慣性當(dāng)量0.1 kg*m2，制 動(dòng)線速度25 m/s。濕態(tài)制動(dòng)時(shí)先把試樣預(yù)先在水中浸泡2min，再進(jìn)行 試驗(yàn)。用精確至0.01 mm的螺旋測(cè)微器測(cè)量試環(huán)上5點(diǎn)處摩擦前后的尺 寸變化，取平均值得到線性磨損率。摩擦系數(shù)、平均功率、制動(dòng)能量等 由試驗(yàn)機(jī)直接記錄。制動(dòng)試驗(yàn)如附表3所示。
表3
剎車摩擦次表面
制動(dòng)摩擦試樣線磨損率對(duì)偶件線磨損率穩(wěn)定平均功率剎車能量
吋間最高溫度/
壞境系數(shù)(u m 面 次"(u ni 面1,次1 :>系數(shù)(W cm-1)(J cm1)
/ s'C
干態(tài)0. 350, 481. 360. 75232.461802.056， S7436
溫態(tài)0. 340, 460. 680. 82225.321796. 797. 11389
實(shí)施例3:
(1) 首先采用日本東麗公司(Toray)生產(chǎn)的PAN型T700(12K)炭纖 維制成胎網(wǎng)和無(wú)緯布，將單層0°無(wú)緯布、網(wǎng)胎層、90°無(wú)緯布、網(wǎng)胎 層依次循環(huán)疊加，然后采用接力式針刺的方法制成密度為0. lg/cm3的炭 纖維預(yù)制體；
(2) 在氬氣保護(hù)氣氛下將預(yù)制體進(jìn)行150(TC前高溫?zé)崽幚恚虝r(shí) 間1Q小吋，壓力為微正壓(即略微超過(guò)真空壓力表0刻度)；
9(3) 采用甲垸為碳源氣，氮?dú)鉃橄♂寶?，甲垸與氮?dú)獾捏w積比為1 :1，采用等溫化學(xué)氣相滲透法對(duì)預(yù)制體在90(TC下沉積熱解炭，沉積 120小時(shí)后制得密度為1. 0g/cm3的低密度C/C材料；
(4) 將低密度C/C材料進(jìn)行2300。C的后高溫?zé)崽幚?，采用氬氣為?護(hù)氣體；
(5) 將低密度C/C復(fù)合材料按相應(yīng)襯片材料尺寸進(jìn)行一次機(jī)加工；
(6) 在機(jī)加工后的低密度C/C復(fù)合材料上鉆出與鋼背鉚釘連接的
沉孔；
(7) 參見(jiàn)圖1，取硅-碳反應(yīng)中理論需硅量的1. 1倍硅粉，在高溫真 空爐屮對(duì)低密度C/C材料熔融滲硅制得密度為1. 8g/cm3的C/C-SiC制動(dòng) 材料，硅粉純度為99.3%、粒度為O. Olmm，熔融滲硅時(shí)為微正壓，浸滲 溫度為1500°C，保溫1小時(shí)；
(8) 將制得的C/OSiC制動(dòng)材料在磨床上采用金剛石砂輪進(jìn)行表 面加工，即二次機(jī)加工；
(9)最后將鉚釘孔打磨后套上鋼質(zhì)鉚釘套，然后采用直徑為5mm的鋼質(zhì) 鉚釘將C/C-S i C制動(dòng)襯片和鋼背進(jìn)行冷鉚接。 實(shí)施例4:
(1) 采用日本東麗公司(Tomy)生產(chǎn)的PAN型T700 (12K)炭纖維制 成胎網(wǎng)并層層疊加，然后采用接力式針刺的方法在垂直于鋪層方向引入 炭纖維束制成密度為0.22g/cm3炭纖維預(yù)制體；
(2) 將炭纖維預(yù)制體進(jìn)行180(TC的前高溫?zé)崽幚?，采用氬氣為保護(hù) 氣體，全程時(shí)間5小時(shí)，壓力為微正壓(即略微超過(guò)真空壓力表0刻度)；
(3) 采用丙烷為碳源氣，氮?dú)?、氫氣混合氣體為稀釋氣，丙垸與氮 氣、氫氣混合氣體的體積比為1 : 3，采用熱梯度化學(xué)氣相滲透法在1000 。C下沉積熱解炭，沉積300小時(shí)后制得密度為1.6g/cm3的低密度C/C材 料；
(4) 將制得的低密度C/C材料按相應(yīng)襯片材料尺寸進(jìn)行機(jī)加工；
(5) 在機(jī)加工后的低密度C/C材料上鉆鉚釘沉孔；
(6) 取硅-碳反應(yīng)中理論需硅量的2. 0倍硅粉，在高溫真空爐中對(duì) 低密度C/C材料熔融滲硅制得密度為2.4g/ci^的C/C-SiC制動(dòng)材料；在 熔融滲硅工藝中，以純度為99.3%、粒度為0. lmm，的硅粉為硅源，熔 融滲硅時(shí)為負(fù)壓，浸滲溫度為190(TC浸滲，保溫0.5小時(shí)；
(7) 將制得的C/C-SiC制動(dòng)材料在磨床上采用金剛石砂輪進(jìn)行表 面加工；
(8) 最后將鉚釘孔打磨后套上銅質(zhì)鉚釘套，然后采用銅質(zhì)鉚釘將 C/C-SiC制動(dòng)襯片和鋼背進(jìn)行冷鉚接。
權(quán)利要求
1、一種工業(yè)制動(dòng)器用炭/陶制動(dòng)襯片的制造方法，首先采用針刺的方法制備炭纖維預(yù)制體，對(duì)其進(jìn)行高溫?zé)崽幚砗蟛捎没瘜W(xué)氣相滲透法制得低密度的C/C復(fù)合材料，對(duì)C/C復(fù)合材料進(jìn)行高溫?zé)崽幚砗筮M(jìn)行機(jī)加工，然后在高溫真空爐中對(duì)C/C材料進(jìn)行熔融滲硅，通過(guò)Si與C反應(yīng)形成SiC制得C/C-SiC制動(dòng)材料，最后將C/C-SiC制動(dòng)材料進(jìn)行機(jī)加工后用鉚釘將其與鋼背進(jìn)行冷鉚接，制得所需的工業(yè)制動(dòng)器用C/C-SiC制動(dòng)襯片，其特征在于包括下列步驟(1)針刺炭纖維預(yù)制體將單層0°無(wú)緯布、胎網(wǎng)、90°無(wú)緯布、胎網(wǎng)依次循環(huán)疊加，或者全部采用胎網(wǎng)疊加，然后采用接力式針刺的方法在垂直于鋪層方向引入炭纖維束制成炭纖維預(yù)制體，預(yù)制體密度根據(jù)最終產(chǎn)品要求可設(shè)計(jì)在0.1～0.65g/cm3之間；(2)前高溫?zé)崽幚韺⒅频玫奶坷w維預(yù)制體在高溫處理爐進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，熱處理溫度?500～2100℃，全程時(shí)間3～10小時(shí)，壓力為微正壓，惰性氣體保護(hù)；(3)化學(xué)氣相滲透采用快速化學(xué)氣相滲透法對(duì)經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚砗蟮奶坷w維預(yù)制體進(jìn)行熱解炭增密，制得密度為1.0～1.6g/cm3的低密度炭纖維增強(qiáng)基體炭(C/C)復(fù)合材料，化學(xué)氣相滲透的碳源氣體為甲烷、丙稀、丙烷或者天然氣，稀釋氣體為氮?dú)?、氫氣或其混合氣體，碳源氣體與稀釋氣體之體積比為1∶1～3，沉積時(shí)間為120～300小時(shí)，沉積溫度為900～1100℃；(4)后高溫?zé)崽幚碓诒Ｗo(hù)氣氛下，將制得的低密度C/C復(fù)合材料在高溫感應(yīng)處理爐進(jìn)行2000～2300℃的高溫?zé)崽幚?，處理時(shí)為微正壓，惰性氣體保護(hù)；或不進(jìn)行該高溫?zé)崽幚恚诤罄m(xù)步驟(7)的熔融滲硅時(shí)適當(dāng)提高50～150℃浸滲的溫度；(5)一次機(jī)加工將制得的低密度C/C復(fù)合材料按相應(yīng)襯片尺寸進(jìn)行機(jī)加工，C/C坯體四周的尺寸按襯片尺寸的負(fù)公差加工，在厚度方向留出1mm的后續(xù)加工余量，得到低密度C/C復(fù)合材料坯體；(6)鉆鉚釘孔采用硬質(zhì)合金或金剛石鉆頭在機(jī)加工后的低密度C/C復(fù)合材料坯體上加工與鋼背鉚釘連接的沉孔，沉孔小端直徑和高度根據(jù)制動(dòng)襯片需提供的制動(dòng)力矩計(jì)算；(7)熔融滲硅將加工后的低密度C/C復(fù)合材料坯體置于裝有硅粉的石墨坩鍋中在高溫真空爐中進(jìn)行熔融滲硅，通過(guò)Si與C反應(yīng)形成SiC得到C/C-SiC制動(dòng)襯片；由C/C-SiC制動(dòng)襯片的預(yù)期密度和C/C復(fù)合材料坯體密度兩者之差計(jì)算出熔融滲硅過(guò)程中需生成的硅化碳含量，進(jìn)而計(jì)算出硅-碳反應(yīng)中理論需硅量，取理論需硅量的1.1～2.0倍硅粉置于石墨坩鍋中鋪平，將低密度C/C復(fù)合材料坯體平鋪于硅粉上并輕壓，將裝有硅粉和低密度C/C復(fù)合材料坯體的石墨坩鍋置于高溫真空爐中進(jìn)行熔融滲硅制得密度為1.8～2.4g/cm3的C/C-SiC制動(dòng)材料，高溫真空爐內(nèi)采用負(fù)壓或充入惰性氣體產(chǎn)生微正壓，硅粉純度為大于99％，粒度為0.01～0.1mm，熔融滲硅的溫度為1500～1900℃，在最高溫度點(diǎn)保溫0.5～2.0h；(8)二次機(jī)加工將制得的C/C-SiC制動(dòng)襯片在磨床上采用金剛石砂輪對(duì)摩擦面進(jìn)行表面加工，使C/C-SiC制動(dòng)襯片厚度達(dá)到產(chǎn)品的厚度要求；(9)鉚接將鉚釘孔打磨后，在沉孔小端緊配合套上銅質(zhì)或鋼質(zhì)的鉚釘套，然后采用銅質(zhì)或鋼質(zhì)鉚釘將C/C-SiC制動(dòng)襯片和鋼背進(jìn)行冷鉚接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種工業(yè)制動(dòng)器用炭/陶制動(dòng)襯片的制造方法，首先采用針刺的方法制備炭纖維預(yù)制體，對(duì)其進(jìn)行高溫?zé)崽幚砗蟛捎没瘜W(xué)氣相滲透法制得低密度的C/C復(fù)合材料，對(duì)C/C復(fù)合材料進(jìn)行高溫?zé)崽幚砗筮M(jìn)行機(jī)加工，然后在高溫真空爐中對(duì)C/C材料進(jìn)行熔融滲硅，通過(guò)Si與C反應(yīng)形成SiC制得C/C-SiC制動(dòng)材料，最后將C/C-SiC制動(dòng)材料進(jìn)行機(jī)加工后用鉚釘將其與鋼背進(jìn)行冷鉚接，制得所需的工業(yè)制動(dòng)器用C/C-SiC制動(dòng)襯片。本發(fā)明是一種所制造的炭/陶制動(dòng)襯片具有較高的力學(xué)性能和優(yōu)異的摩擦磨損性能的工業(yè)制動(dòng)器用炭/陶制動(dòng)襯片的制造方法。
文檔編號(hào)F16D69/02GK101493126SQ200910042780
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2009年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者專 李, 翔 熊, 鵬 肖 申請(qǐng)人:中南大學(xué)