[发明专利]一种反应烧结碳/碳-碳化硅-氮化硼复合摩擦材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种反应烧结碳/碳-碳化硅-氮化硼复合摩擦材料及其制备方法，属于无机非金属材料技术领域。

背景技术

C/C-SiC复合材料是继粉末冶金材料和C/C复合材料之后，近几年发展起来的一种高性能刹车材料。与传统金属材料和半金属材料相比，C/C-SiC复合材料具有密度低、耐高温、高强度、摩擦性能稳定、磨损量小、制动比大和使用寿命长等优点。该材料提高了材料的抗氧化性和摩擦系数，改善了摩擦性能对外界环境介质（潮气、霉菌和油污等）的稳定性，已在保时捷和新款奥迪A8L等高档汽车上得到成功应用。

与汽车刹车盘使用环境相比，飞机机轮刹车的服役环境条件更苛刻，能量高、刹车载荷大，而且刹车装置结构复杂。目前，国际上飞机的着陆重量高达350t以上，着陆速度350km/h，刹车盘的线速度达到90m/s，刹车压力达28MPa，同时还需要满足潮湿、盐雾、霉菌、油污和沙尘等不同服役环境的要求。因此，如何根据刹车片的服役环境，提高刹车材料的摩擦性能，是当前亟待解决的关键问题。

中国专利文献CN101033137A（申请号：200710017364.0）公开了一种碳/碳-碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，CN1237950A提供了一种碳/碳-碳化硅复合材料的摩擦部件及制造方法，CN101260005A涉及一种碳/碳/碳化硅复合材料的制备方法，上述专利文件的技术方案均采用了化学气相渗透法，该方法工艺周期长、生产成本高。中国专利文献CN101486588（申请号：200910042779.2）公开了“碳纤维增强炭-碳化硅双基体摩擦材料的制备方法”，该方法通过冷压、破碎造粒、预热、温压、固化、炭化、熔硅浸渗等工序制备了C/C-SiC复合材料。上述专利产品在制动速度为8-24m/s时，摩擦系数为0.50-0.39，磨损率0.159×10^-7cm³·N^-1·m^-1-0.468×10^-7cm³·N^-1·m^-1，达到了较好的效果。但上述指标的检测条件为：干摩擦、制动压力1.0MPa，无法满足潮湿、盐雾、霉菌、油污、沙尘和更高制动压力等苛刻的服役环境条件。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种反应烧结碳/碳-碳化硅-氮化硼（C/C-SiC-BN）复合摩擦材料及其制备方法，所制得的C/C-SiC-BN复合摩擦材料与C/C-SiC复合材料相比，显著提高了摩擦性能，并且具有制备工艺简单、生产成本低、生产周期短的特点。

本发明技术方案如下：

一种碳/碳-碳化硅-氮化硼复合摩擦材料，由以下重量百分比的原料，经碳纤维分散、混料、温压成形、炭化、反应烧结制成：

5～20%短切碳纤维、2～6%氮化硼粉、5～15%硅粉、25～48%石墨粉、5～15%碳化硅粉、20～45%热固性树脂粉；

所述短切碳纤维长度为1～10mm；

所述热固性树脂粉选自热固性酚醛树脂粉、热固性环氧树脂粉或热固性脲醛树脂粉中的一种。

优选的，所述碳/碳-碳化硅-氮化硼复合摩擦材料，由以下重量百分比的原料，经碳纤维分散、混料、温压成形、炭化、反应烧结制成：

8～18%短切碳纤维、3～6%氮化硼粉、6～12%硅粉、30～43%石墨粉、5～12%碳化硅粉、25～45%热固性树脂粉。

所述氮化硼粉为平均粒径0.5~5μm的氮化硼粉；所述硅粉为平均粒径为5.0-50μm的硅粉；所述石墨粉为平均粒径0.5~2.0μm的石墨粉；所述碳化硅为平均粒径1.0~50μm的碳化硅粉。

上述碳/碳-碳化硅-氮化硼复合摩擦材料的制备方法，步骤如下：

（1）将碳纤维长度为1～10mm短切纤维置于惰性气体保护气氛下于700～900℃下煅烧30～90min，然后，经超声波分散，再搅拌5～20min，最后于90-120℃烘干1-3小时，制得分散后的短切纤维；

（2）将步骤（1）制得的分散后的短切纤维，与氮化硼粉、硅粉、石墨粉、碳化硅粉和热固性树脂粉搅拌1～3小时，混合均匀，制得混合料；

（3）将步骤（2）制得的混合料装入模具温压成形，成形温度140～220℃，施加载荷压力10～30MPa，保压时间0.5～2.5小时，制得素坯；

（4）将步骤（3）制得的素坯在惰性气体保护气氛下，进行碳化处理，碳化温度850～1050℃，碳化时间8～30h，制得多孔体；