[发明专利]一种碳化硅基碳陶摩擦材料及其模压制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅基碳陶摩擦材料及其模压制备方法，属于碳化硅基碳陶摩擦材料技术领域。该方法使用模压法成型碳陶预制体，以先驱体液作为粘结剂，合理调节原材料配比以减少复合材料烧结过程体积收缩，最终制备出了性能优异的碳陶摩擦材料，其相组成仅包含碳纤维，单一晶相碳化硅和少量碳，降低了多相组成对材料最终性能的影响。经本发明方法制得的碳化硅基碳陶摩擦材料的密度范围可达1.3‑1.8g/cm3，碳陶摩擦材料动摩擦系数可达到0.33‑0.40，展现了优异的摩擦学性能。

技术领域

本发明属于碳化硅基碳陶摩擦材料技术领域，具体涉及一种碳化硅基碳陶摩擦材料及其模压制备方法。

背景技术

碳陶复合材料具有高强度、耐氧化、导电、耐腐蚀、抗热震和易于机械加工等一系列优点，可在航空航天、冶金工业、机械工业等领域作为机械密封、轴承、模具和耐高温发热体，具有广阔的应用前景。

目前制备碳陶复合材料的常用方法主要是先驱体浸渍裂解法和反应熔渗法，先驱体浸渍裂解法采用聚合物先驱体浸渍到多孔的纤维编制体中，经过交联固化和高温裂解可以实现原位生成碳化硅基体，但由于裂解小分子逸出形成孔隙和基体裂解后的收缩，制备过程需要进行多次浸渍裂解才能实现致密化。反应熔渗法是一种简单、快捷成本较低的碳陶制备方法，但是在其制备过程中不可避免熔体硅与碳纤维之间的反应，纤维被侵蚀导致性能下降，从而限制了整体复合材料的性能。基于此，研究开发一种工艺过程简单、基体结构均匀、缺陷少的碳陶制备新方法对增强碳陶摩擦材料的综合性能具有重要意义。

申请号为201611084538.0的中国专利“一种碳陶制动件及其制备方法”使用碳纤维编织体为预制体，以含硅先驱体溶液为浸渍液，通过多次浸渍裂解过程制备了碳陶制动件，具有较好的摩擦磨损性能，但是多次浸渍裂解过程极大地增加了工作周期，增加了生产成本，同时浸渍裂解过程必然会产生大量孔隙，影响材料的最终性能。申请号为201310502512.3的中国专利“一种碳陶复合材料制动盘及制备方法”以短切碳纤维为增强体，通过反应熔渗法以碳/碳多孔体为基体制备了碳陶复合材料，具有散热佳、重量轻、耐磨损性能好的优点，但此方法难以避免熔体硅残留，限制了复合材料的性能。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种碳化硅基碳陶摩擦材料及其模压制备方法，该方法采用模压法成型碳陶预制体，以前躯体树脂作为粘结剂，合理调节原材料配比以减少复合材料烧结过程体积收缩，制备出了性能优异的碳陶摩擦材料，其相组成仅包含碳纤维，单一晶相碳化硅和极少量热解碳，降低了多相组成对材料最终性能的影响。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明公开了一种碳化硅基碳陶摩擦材料的模压制备方法，包含以下步骤：

步骤一：按(1:1.05)～(1:1.32)的质量比，将先驱体液和纳米碳化硅粉体充分混匀后，配制得到先驱体混合浆液；

步骤二：将先驱体混合浆液浇在活性碳纤维上，充分搅拌直至活性碳纤维与先驱体混合浆液充分混合，得到混合模压料；

步骤三：将混合模压料置于相应模具中，在真空条件下，自室温起，以升温速率1～1.5℃/min，压力10～15kg的条件，升温至190～200℃，保温3～6h后取出后取出，得到碳陶预制体；

步骤四：将碳陶预制体置于气氛炉中，自室温起，以2～3℃/min的升温速率升温至1650～2000℃，保温3～5小时，冷却后取出，得到碳化硅基碳陶摩擦材料。

优选地，所述先驱体液选用液态聚碳硅烷。

进一步优选地，所述液态聚碳硅烷在常温下的粘度不超过3000cp，在1200℃烧结后产物中硅碳原子的质量比为(1:1.11)～(1:1.41)。