[发明专利]用于复合材料制动耐磨部件的SiC连续骨架制备方法

说明书

本发明提供了一种复合材料制动耐磨部件适用SiC陶瓷连续骨架的制备方法，包括以下步骤：将质量分数0.02％的羧甲基纤维素溶液与质量比为9:1的SiC粉末和粘土混合，控制浆料固含量分数为60‑70％获得浆料，将预处理后的有机泡沫在浆料中多次浸渍后烘干，经烧结获得三维网络陶瓷连续骨架。相较于传统方法，本技术方案通过对浸渍前后有机泡沫的表面预处理以及碱性处理，避免了浆料中复杂添加剂的使用，在保证强度的同时，有效控制了预制体中缺陷产生以及形态特征，最终获得全通孔、高强度以及几何形态均匀、骨骼尺寸适中的SiC连续骨架，更好满足于复合材料制动耐磨部件的需要，提高其综合性能，尤其是制动过程的高温服役性能。

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种用于复合材料制动耐磨部件的SiC连续骨架制备方法，特别是提供了一种用于复合材料制动耐磨部件的，具有全通孔、高强度及适中骨骼尺寸特征的SiC连续骨架制备方法。

背景技术

陶瓷增强金属基复合材料可以兼有金属基体和陶瓷增强相的性能优势，表现出丰富、优异且可调控的机械或物理性能，因此在机械制造、电子、汽车、航空航天、石油等工业领域都可以得到广泛应用。尤其是作为新型耐磨材料，陶瓷增强金属基复合材料在保持基体金属材料理想比热、良好导热、优异成形性等特点的同时，通过陶瓷增强相可以进一步优化强韧配合、提高耐磨性能、降低热膨胀系数等，因此获得了远优于传统耐磨材料的综合性能，成为制动耐磨部件用材体系的重点发展方向。

陶瓷增强金属基复合材料的增强相引入方式主要包括分散式的颗粒、晶须、纤维等以及连续式的三维连续骨架、纤维编织预制体等，其中由于陶瓷连续骨架具有更优异的高温稳定性以及良好的性价比，在金属基复合材料中应用更广。另外，相较于颗粒、晶须、纤维等分散方式，陶瓷三维连续骨架可以有效避免增强相空间分布不均引起的性能差异问题，因此在大尺寸、复杂形状复合材料铸造零部件成形中具有重要应用。而更为重要的是，通过应用连续骨架，在复合材料中可以形成陶瓷增强相与金属的相互贯穿，实现两相三维连续，从而更为有效地约束金属的塑性变形及软化行为，显著提高整体复合材料的高温服役性能，因此可以更好适用于制动耐磨部件。

作为制动耐磨部件用复合材料的陶瓷连续骨架，首先特别要求陶瓷骨架三维均匀连续，开孔率高且互通，以确保金属熔体可以充分贯穿流动，形成两相间优异且空间均匀的三维连续和交互，充分发挥陶瓷骨架对金属基体的约束作用，提高材料和部件在制动过程高温条件下的服役表现；其次在确保强度的基础上，连续骨架的骨骼不宜过分粗大且要尽可能降低陶瓷骨架中缺陷含量，从而避免在制动过程的复杂应力条件下，脆性陶瓷骨架破碎而形成磨粒磨损环境，恶化制动部件的制动耐磨性能和使用寿命。

目前有多种制备三维陶瓷连续骨架或陶瓷泡沫的方法(一种制备含梯度金属三维网络陶瓷的方法，201410308159.X；一种周期微桁架结构的陶瓷骨架增强金属复合材料，201310011069.X；一种制备耐高温铝熔液熔蚀-磨损铁基复合材料的方法，201410308135.4)，具体为将有连续贯穿气孔的有机泡沫作为前驱体浸渍陶瓷浆料，再将浸渍后的前驱体烧结而获得。但依据传统方法制备的陶瓷骨架在应用于制动耐磨部件时却存在几点明显不足，首先传统方法片面地追求陶瓷骨架的高强度，在制备浆料时会加入多种粘结剂，造成浆料黏度较大，使得浸渍环节有机泡沫沾浆量过多，烧结后陶瓷连续骨架的骨骼粗大，同时部分区域，尤其是骨架边沿区域极易发生闭孔堵塞现象；其次由于加入了过多的有机添加剂，在烧结过程中分解产生的气体量增加，从而在陶瓷骨架中引入大量的孔洞、裂纹等缺陷；这些都将严重恶化最终复合材料作为制动耐磨部件的使用性能。而通过对有机泡沫和浸渍预制体进行适当表面改性处理，在简化添加剂的同时，可以增强浆料与泡沫载体的结合强度以及涂覆的均匀性等，达到减少骨架中缺陷形成以及优化骨架空间尺寸和结构的目的，这在专注于添加剂配方的传统方法中却极少提及。

正是基于上述分析，本发明提供一种复合材料制动耐磨部件适用的，具有全通孔、高强度及适中骨骼尺寸特征的SiC连续骨架的制备方法，以期解决现存的相关技术问题。

发明内容