[发明专利]一种碳陶刹车构件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳陶刹车构件及其制备方法。所述方法包括如下步骤：依次将0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网循环层叠并缝合，将其进行热处理，完成后完全浸渍于有机前驱体溶液中，得三维针刺碳纤维浸渍体；再升温进行裂解，完成后通过CVI沉积热解碳得到碳/碳复合材料，再进行真空高温热处理，即得低密度碳/碳复合材料；将低密度碳/碳复合材料在高温高真空条件下进行反应熔体浸渗处理，完成后冷却至室温，即得碳陶刹车构件。所述制备方法能够避免现有三维针刺碳陶刹车材料中由于陶瓷相(硬质相)分布不均匀引起材料耐摩擦、耐磨损性能不稳定的情况，即能大幅度提高陶瓷相于材料中分布的均匀性，同时提高材料耐摩擦、耐磨损性能。

技术领域

本发明属于刹车材料技术领域，具体涉及一种碳陶刹车构件及其制备方法。

背景技术

碳陶刹车材料相对金属和碳/碳刹车材料来说，克服了金属材料耐温低、重量大、易锈蚀，以及碳/碳刹车材料抗氧化性能差、湿态摩擦性能衰减严重和静摩擦系数低等缺点，具有密度低、耐高温、高强度、摩擦性能稳定、磨损小和使用寿命长等优点。尤其在长时间连续刹车时性能不衰退，大大提高了刹车的安全性。其在飞机、坦克、高速列车、重卡、轿车以及高速电梯等刹车领域具有广泛的应用前景。

目前成熟应用的碳陶刹车材料有两种，一种是通过短纤维预浸料热压、裂解、渗硅得到短纤维增强的碳陶刹车材料，其力学性能较低，结构可靠性差，使用过程中会出现开裂和掉块，影响服役安全性和使用寿命；另一种为通过三维针刺纤维预制体经化学气相沉积热解碳，再渗硅得到连续纤维增强的碳陶刹车材料，其力学性能优异，结构可靠。

传统三维针刺纤维预制体是由0°碳纤维无纬布、胎网层和90°碳纤维无纬布反复铺层然后针刺而成，通过沉积热解碳，然后渗硅得到的三维针刺碳陶刹车材料。该材料是一种各向异性材料，材料物相分布极不均匀，在无纬布层以热解碳和碳纤维为主，在胎网层以陶瓷相为主。摩擦面平行于无纬布层，在刹车过程中，当磨到无纬布层时，就表现为碳相(软质相)的摩擦磨损性能；当磨到胎网层时，就表现为陶瓷相(硬质相)的摩擦磨损性能。这就引起三维针刺碳陶刹车材料在服役过程中摩擦磨损性能不稳定。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种碳陶刹车构件及其制备方法。所述制备方法工艺简单可控，避免现有三维针刺碳陶刹车材料中由于陶瓷相(硬质相)分布不均匀引起材料耐摩擦、耐磨损性能不稳定的情况，即能大幅度提高陶瓷相于材料中分布的均匀性，同时提高材料耐摩擦、耐磨损性能。

本发明的方案是，提供一种碳陶刹车构件的制备方法，包括如下步骤：

(1)将有机前驱体与二甲苯在惰性气氛条件下进行混合，得有机前驱体溶液；

(2)依次将“0°无纬布”、“胎网”、“90°无纬布”、“胎网”循环层叠并通过针刺技术缝合，得三维针刺碳纤维预制体；

(3)将步骤(2)所得三维针刺碳纤维预制体进行热处理，完成后完全浸渍于步骤(1)所得的有机前驱体溶液中，取出得三维针刺碳纤维浸渍体；

(4)将步骤(3)所得三维针刺碳纤维浸渍体梯度升温至900～1000℃进行裂解，完成后得含有裂解SiC陶瓷的三维碳针刺纤维预制体；

(5)将步骤(4)所得含有裂解SiC陶瓷的三维碳针刺纤维预制体通过CVI沉积热解碳得到碳/碳复合材料，再进行真空高温热处理，即得低密度碳/碳复合材料；

(6)将步骤(5)所得低密度碳/碳复合材料在高温高真空条件下进行反应熔体浸渗(RMI)处理，完成后冷却至室温，即得碳陶刹车构件。

优选地，步骤(1)中，所述有机前驱体与二甲苯的重量比为3～7:7～3；所述有机前驱体为聚甲基硅烷、聚碳硅烷或聚氮硅烷中的一种；所述惰性气氛为氮气气氛或氩气气氛；所述混合时间为10～30min。充入惰性气体能够防止有机前驱体溶液被氧化。