[发明专利]一种炭纤维增强炭和六方氮化硼双基体摩擦材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明公开了一种炭纤维增强炭和六方氮化硼双基体摩擦材料的制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术、

氮化硼(BN)具有良好导热性、电绝缘性，高温时也具有良好的润滑性，是一种优良的高温固体润滑剂。近年来，BN系材料作为摩擦材料引起人们的广泛关注。BN与C之间具有许多相似性，包括密度、导热系数、热容和晶体结构。同时，BN又具有陶瓷耐高温、氧化温度高等特点，其抗氧化性远优于炭/炭复合材料，炭材料在450？便开始氧化，而BN在空气中的明显氧化温度在800？左右。

BN有三种结晶构造：六方氮化硼(h-BN)、密排六方氮化硼和立方氮化硼(c-BN)。h-BN有类似于石墨的层状结构，具有优异的自润滑性能且其自润滑特性受温度、气、液介质影响小，化学性质稳定，对几乎所有的熔融金属都呈化学惰性。

本发明采用h-BN粉部分取代炭/炭复合材料中的炭基体，获得抗氧化性能和摩擦性能更好的炭纤维增强炭基体和六方氮化硼基体(C/C-BN)摩擦材料。C/C-BN摩擦材料的摩擦系数和磨损率对能载变化不敏感，与金属刹车盘对偶时，摩擦系数高，不损伤金属刹车盘。BN氧化形成的B₂O₃薄膜可以提高材料的抗氧化性能，且对材料摩擦磨损性能影响较小。

制备BN基体的工艺主要有先驱体浸渍裂解法(Precursor Infiltration andPyrolysis，PIP)和化学气相渗透法(Chemical Vapor Infiltration，CVI)。文献″Carbon/carbon朾oron nitride composites with improved wear resistance comparedto carbon/carbon.Steven Seghi，Brian Fabio，James Economy.Carbon，42(2004)3043 3048″公开了一种利用浸渍裂解法制备的C/C BN摩擦材料。这种C/C BN摩擦材料与C/C复合材料相比，其磨损率仅为后者的50％甚至更低。他们认为，BN的引入提高了材料在不同能载下摩擦膜的稳定性，降低了氧化磨损率和颗粒状磨屑的产生，从而降低了磨损，并减少了能载和温度的影响。

文献″V Cholet，L.Vandenbulcke，J.P.Rouan.Journal of materials science，1994，29(7)：1417 1435″采用化学气相渗透、以Cl₃+NH₃+H₂为气源，在炭纤维、石墨表面沉积h BN，发现N/B气源体积比在0～30之间、温度在400～900？、炉压在0.13～13.3kPa的范围内可形成B_xN类化合物。在低温下制备的B_xN膜尺寸均匀，但产物成分复杂、不稳定、后续热处理效果差。

从国内外的文献和报道来看，C/C-BN摩擦材料的研究相对较少。采用先驱体浸渍裂解法制备的BN，其层面间距d(002)比较大，且先驱体在高温裂解过程中易产生裂纹、孔洞。而用化学气相渗透法制备的BN多为无定形的B_xN化合物，成分复杂多变、稳定性差，化学气相沉积的工艺控制因素多且复杂，对BN成分和形态难以精确控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产工艺简单易控，制备成本低，制备的材料微观结构和性能可控、组织均匀、强度高、耐高温、耐腐蚀、摩擦磨损性能优异的炭纤维增强炭和六方氮化硼双基体摩擦材料的制备方法。本发明不仅大大缩短了C/C-BN摩擦材料的制备周期，而且所制备的复合材料具有均匀的组织结构、较高的力学性能和优异的摩擦磨损性能。

本发明一种炭纤维增强炭和六方氮化硼双基体摩擦材料的制备方法包括以下步骤：

(1)层铺法撒粉

选取面密度为40g/m²～80g/m²的单层炭纤维网胎，在所述单层炭纤维网胎双面均匀粘附占网胎质量5％～20％的六方BN粉；

(2)叠层针刺复合

将步骤(1)所得的网胎层层叠加后对叠加的网胎进行针刺，制得密度为0.20～0.55g/cm³的含BN粉炭纤维预制体材料；

(3)化学气相渗透