[发明专利]一种轴承用碳/碳复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴承用碳/碳复合材料的制备方法，特别涉及一种低摩擦系数的碳/碳复合 材料的制备方法，属高性能复合材料制备工艺技术领域。

背景技术

碳/碳复合材料是用碳纤维增强碳基体的一种高技术新材料，与其他摩擦材料相比，具有 质轻、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗热震性能好、摩擦系数稳定等一系列优点，目前碳/碳复 合材料在民用方面的应用范围还比较狭窄，主要是作为摩阻材料应用于飞机刹车片领域。同 时碳/碳材料具有自润滑性能，通过调整工艺参数，碳/碳复合材料在润滑介质或干摩擦条件下 能自润滑地工作，因而也适用于轴承等耐磨材料。

目前固体自润滑轴承采用金属基材和固体润滑剂的复合，可在高温、低速、重载、不易 形成润滑油膜或油膜易失效的恶劣特殊条件下，实现无油自润滑，达到磨损慢及寿命高的目 的，但是不能应用于高速和有污染场合。将碳/碳复合材料用于无油润滑、含油润滑、少油润 滑等机械易损件，特别是在高温和有污染的场合等恶劣工况下(如冶金工业，特殊的泵机组)， 将会大大延长机器的维修周期，减少润滑油的使用，减轻设备重量、提高生产效益，给社会 带来巨大的经济效益。国外已经开展了高温涡轮用碳/碳复合材料轴承罩方面的研究，但国内 外还未有碳/碳复合材料在滑动轴承方面的研究报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种轴承用低摩擦系数、热稳定性能优异的碳/碳复合材料的制备 方法。

本发明采用以下技术方案：

一种轴承用碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下工艺步骤：

1、预制件制备

以碳毡或三向碳纤维编织体为预制件，其中碳毡是由聚丙烯腈预氧化纤维整体毡(密度 为0.2～0.4g/cm³)在真空条件下经930～970℃碳化得到，三向碳纤维编织体密度为0.70～0.90 g/cm³。

2、化学气相渗透和液相树脂浸渍复合工艺致密

(1)化学气相渗透：将上述碳毡或三向碳纤维编织体放入热处理炉，由室温升温至900～ 1000℃，通入丙烯气体，气流量100～500升/小时，热解时间为60～120小时；

(2)每次热解结束后，将材料取出进行表面加工，然后重复(1)步骤，直至材料达到设计 的密度：碳毡经多次化学气相渗透后密度至1.2～1.6g/cm³，三向碳纤维编织体经多次 化学气相渗透后密度至1.4～1.6g/cm³；

(3)高温热处理：将(2)中制备的材料放入热处理炉，氩气保护下热处理温度为2350～ 2600℃；

(4)树脂浸渍-固化-碳化工艺致密。呋喃树脂浸渍：将(3)中制备的材料放入浸渍釜，抽 真空同时放入呋喃树脂浸没材料，停止抽真空，加压至1～5MPa；固化：将浸渍结束 的材料放入普通烘箱，固化温度为170～185℃；碳化：将固化结束的材料放入热处理 炉，抽真空，碳化温度为930～950℃；

(5)重复树脂浸渍-固化-碳化工艺过程，直至材料密度至1.8g/cm³以上；

(6)最终高温热处理：将(5)中制备的材料放入热处理炉，氩气保护下热处理温度为2250～ 2600℃，既得本发明之碳/碳复合材料。

本发明制备的碳/碳材料组分包括碳纤维、热解碳和树脂碳。本发明特点在于主要是通过 控制热解温度、热解时间、气体流量和高温处理温度来控制热解碳的含量和形态，以获得较 高热导率、低热膨胀系数和低摩擦系数的碳/碳复合材料。本发明方法制得的碳/碳复合材料， 具有低摩擦系数、热稳定性能优异、高强度等优点，适用于轴承材料。本发明方法的优点是 工艺简单，可操作性强，制作方便。

具体实施方式

下面通过实施例进一步阐明本发明的特点和效果。

实施例1

本实施例的预制件采用以针刺工艺技术制备的聚丙烯腈预氧化纤维整体毡，具体工艺步 骤如下：

(1)准备好聚丙烯腈预氧化纤维(PANOF)整体毡，密度为0.23g/cm³；

(2)将整体毡放入热处理炉，抽真空，升温至930℃进行碳化，得到碳毡；