[发明专利]一种碳-碳化硅复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种碳-碳化硅复合材料的制备方法。

背景技术

碳-碳化硅的复合材料具有良好的耐磨性，高导热性，耐腐蚀性等优点被应用于诸多技术领域，例如：机械密封件，轴套，轴，内杠的内壁，滑板阀门，阀片等。

在碳石墨基体上涂上硅薄膜，现在一般采用化学蒸着法（CVD法）或者转换法（CVR法）。其中，CVD法是指利用硅化合物的热分解和化学反应生成碳化硅后覆盖在碳石墨基体上；CVR法是指用二氧化硅中加入碳或硅进行反应生成一氧化硅气体，并和碳石墨基材直接进行反应后而生成碳化硅薄膜的方法。上述制备方法生成的碳化硅虽然具有致密的碳化硅薄膜，但其碳石墨基体和生成的碳化硅的结合强度较弱，且难以实现较厚的碳化硅薄膜，在产品化的机械加工中易产生开裂及厚度不足等问题。在作为摩擦材料使用中也同以上的原因而影响使用寿命。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足和缺陷，提供一种碳-碳化硅复合材料的制备方法，其具有操作简单，可控等特点，其在碳石墨基材表面获得的硅薄膜具有厚度大、强度高等特点。

本发明所述的一种碳-碳化硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：

⑴准备碳石墨材料；

⑵将碳石墨材料放入超声波清洗槽内用水和去污剂充分清洗，然后烘干；

⑶将金属硅粉作为主原料，依次加入水，分散剂在球磨筒内充分混合，后加入有机粘合剂继续混合，放入密封的容器中恒温保存，得混合料；

⑷将上述混合料涂抹于碳石墨材料表面，放入烘箱中烘干；

⑸将上述涂有混合料的碳石墨材料放入真空炉中，在真空条件下，升温保温，后冷却，得半成品；

⑹将上述半成品放入烘箱升温保温，然后将其放入熔融的氢氧化钠的溶液，将复合材料的表面的多余硅除去，后在空气中冷却至常温后放入清水中冲洗，再放入超声波槽内用水清洗之后烘干。

⑺机械加工得到成品。

其中，步骤⑴中所述碳石墨材料的松装密度为1.75g/cm3以上，碳石墨材料气孔平均半径为2.5um以下。

其中，步骤⑶中加入各组分的质量份如下：

其中，所述分散剂为四甲基氢氧化铵；所述有机粘合剂为聚酯亚胺树脂或酚醛树脂中的一种或两种的混合物。        

其中，步骤⑷中所述中烘箱温度为150℃-180℃，所述烘干时间为3-5小时。

其中，步骤⑸中所述升温速度为300℃/h，升温至1500℃，保温1-3小时；所述升温高于1350℃后，真空炉的真空度小于0.5Torr。

其中，步骤⑹中所述烘箱升温至150℃保温0.5小时。

其中，步骤⑹中所述熔融的氢氧化钠的温度为380℃-450℃。

本发明的有益效果：相对于现有技术而言，依本发明方法制备的碳-碳化硅复合材料具有厚度大，与碳石墨材料结合牢固度高等特点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一

准备1.75g/cm3松装密度，细孔平均半径为2.5um的碳石墨材料，将碳石墨材料放入超声波清洗槽内用水和去污剂充分清洗0.5h以上，然后烘干。将100质量份的金属硅粉作为主原料，依次加入100质量份水，0.5质量份分散剂在球磨筒内充分混合3小时，后加入1质量份有机粘合剂继续混合0.5小时，放入密封的容器中恒温保存，得混合料。用毛刷重复将混合料涂抹于碳石墨材料表面，其涂层的量和厚度可根据碳-碳化硅复合材料层的深度和被指定位置的表面积而定，放入烘箱中，在150℃的温度中烘5h烘干，将上述涂有混合料的碳石墨材料放入真空炉中，在真空条件下，升温保温，后冷却，得半成品，升温速度为300℃/h，升温至1500℃，保温3小时；当升温高于1350℃后，真空炉的真空度在0.1至0.2Torr。将上述半成品放入烘箱升温保温，烘箱升温至150℃保温0.5小时，然后将其放入熔融的氢氧化钠的溶液（温度为400℃），将复合材料的表面的多余硅除去，后在空气中冷却至常温后放入清水中冲洗，再放入超声波槽内用水清洗之后烘干。最后机械加工得到成品。

实施例二