一種碳纖維增強SiC基復合材料汽車剎車片的成型方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于本發(fā)明涉及一種汽車剎車片的成型方法，屬于涉及一種碳纖維增強SiC基復合材料汽車剎車片的成型方法技術領域。
【背景技術】
[0002]盤式汽車剎車片一般由鋼板、粘接隔熱層和摩擦塊構成，鋼板要經(jīng)過涂裝來防銹，是基板，粘接隔熱層目的是隔熱，摩擦塊即所謂的剎車片，剎車時被擠壓在剎車盤或剎車鼓上產生摩擦，從而達到車輛減速和制動的目地。由于摩擦作用，剎車片會逐漸被磨損，尤其是目前大部分汽車使用的樹脂基或粉末冶金基剎車片使用過程中存在熱荷承載能力低、摩擦系數(shù)不穩(wěn)定、使用壽命短、重量大、易粘接掉快等缺點。
[0003]碳纖維增強SiC復合材料由碳/碳復合材料發(fā)展而來，克服了碳化硅陶瓷材料脆性大的缺點，結合了碳纖維和碳化硅陶瓷材料的優(yōu)勢，以碳纖維為增強相，以碳及碳化硅為基體，形成了強度高、熱容量大、摩擦性能優(yōu)異及抗氧化性能好的新型碳-陶瓷復合材料。由碳纖維增強SiC復合材料制備的剎車片不但具有碳盤的一系列優(yōu)點，而且解決了碳盤靜摩擦系數(shù)低、濕態(tài)摩擦系數(shù)低和干濕態(tài)下摩擦系數(shù)差異大的不足，摩擦磨損性能更優(yōu)，抗氧化性能好，成為目前汽車剎車系統(tǒng)更理想的摩擦材料。
[0004]碳纖維增強SiC復合材料制備方法一般有:(I)化學氣相滲透法；(2)先驅體轉化法；(3)熱壓燒結法等。其中化學氣相滲透法具有性能好、適合于各種復雜形狀部件的優(yōu)點，但制備周期過長、成本高。先驅體轉化法需要多次反復進行浸潰和高溫裂解，產品致密化程度不高，原材料成本高、周期長，不利于批量生產。熱壓燒結法周期較短，但在工藝過程中對碳纖維存在損傷，不易控制。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:研制一種能夠快速制備碳纖維增強SiC復合材料汽車剎車片的制造方法，解決其他工藝周期長、效率低的問題，可以在短時間內制備具有較高密度和強度的復合材料，且工藝過程簡單、便于控制，有利于批量生產。
[0006]本發(fā)明的技術方案如下:一種碳纖維增強SiC基復合材料汽車剎車片的成型方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一:碳纖維預制體結構設計及制備，預制體采用連續(xù)碳纖維制備的碳布與短切碳纖維連續(xù)疊放的工藝，鋪放比例為1:6?1:8，即鋪設一層碳布，再連續(xù)鋪設6?8層短切纖維，短切纖維長度為2?5mm，每鋪完一層碳布，在碳布上均勻鋪放SiC粉體，其粒度控制在40?100 μ m ;
[0008]步驟二:碳纖維表面碳涂層，采用糠酮樹脂作為浸潰劑，將圓環(huán)預制體浸泡在酚醛溶液內，浸潰2h?4小時。取出后將預制體放入金屬模具內，然后整體放置于烘箱中，升溫至90?120°C后保持I?2小時，再升溫至150?180°C，保溫4?5小時，將固化好的毛坯置于石墨坩堝中并裝入真空燒結爐中，1750?2000°C下進行高溫裂解，保溫4?5小時，全過程采用惰性氣體保護或真空。
[0009]步驟三:浸硅處理，將制備完成的毛坯置于石墨坩堝中，并放入真空燒結爐中，升溫至1600?1650°C，保溫0.5?I小時，將熔融的Si液傾倒進石墨坩堝中，保持約12?20min。降溫并取出石墨坩堝，制備出體積密度為1.95?2.16g/cm3的碳纖維增強SiC基體復合材料剎車片毛坯。
[0010]步驟三之后還包括步驟四:加工成型及裝配，對制備完成的毛坯進行機械加工，并與金屬背板等進行組裝。
[0011]連續(xù)纖維采用PAN基12k或24k碳纖維，短切纖維采用6k或12k或24k碳纖維裁切而成。
[0012]預制體裁切成為直徑300?400mm,厚度20?30mm的圓環(huán),預制體體積密度控制為 0.46 ?0.61g/cm3。
[0013]本發(fā)明的顯著效果在于:通過本發(fā)明實施的制造方法，可大幅度降低生產碳纖維增強SiC基體復合材料剎車片的成本，極大地提高了生產效率。通過預先對碳纖維進行碳涂層保護，使碳纖維避免了后續(xù)工序處理中所受的損傷，保證了材料性能和剎車片結構的穩(wěn)定。
[0014]本發(fā)明制備的纖維增強SiC基體復合材料具有抗摩擦磨損、熱容量大、適應各種天候條件下的剎車要求的特點，并且制備周期短、成本低，使用壽命長。
【具體實施方式】
[0015]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0016]實施例1:
[0017](I)在預先設計并制備的模具中制備碳纖維預制體，預制體采用PAN基12k連續(xù)碳纖維制備的平紋碳布與短切碳纖維連續(xù)疊放的工藝，鋪放比例為1:6，即鋪設一層碳布，再連續(xù)鋪設6層短切纖維，短切纖維長度為2mm。每鋪完一層碳布，在碳布上均勻鋪放SiC粉體，其粒度控制在40 μ m ;完成后將預制體裁切成為直徑400mm,厚度20mm的圓環(huán),制備完成的預制體體積密度為0.58g/cm3。
[0018](2)采用酚醛樹脂作為浸潰劑。將圓環(huán)預制體浸泡在酚醛溶液內，浸潰4h。取出后將預制體放入金屬模具內，升溫至90°C后保持lh，再升溫至150°C，保溫4h。將固化好的毛坯置于石墨坩堝中并裝入真空燒結爐中進行高溫裂解，裂解溫度為1750°C，保溫2h，全過程采用惰性氣體保護。
[0019](3)將制備完成的毛坯置于石墨坩堝中，并放入真空燒結爐中，升溫至1600 V，保溫0.5h，將熔融的Si液傾倒進石墨坩堝中，保持約12min。降溫并取出石墨坩堝。制備出的毛坯外觀規(guī)整，無缺陷，測試其體積密度為2.05g/cm3。
[0020](4)按照圖紙要求，對制備完成的毛坯進行精密加工成型，并與金屬背板等進行組裝，完成了剎車片的組裝。
[0021]實施例2:
[0022]( I)在預先設計并制備的模具中制備碳纖維預制體，預制體采用PAN基6k連續(xù)碳纖維制備的單向布與短切碳纖維連續(xù)疊放的工藝，鋪放比例為1:8，即鋪設一層碳布，再連續(xù)鋪設8層短切纖維，短切纖維長度為5mm。每鋪完一層碳布，在碳布上均勻鋪放SiC粉體，其粒度控制在80 μ m ;完成后將預制體裁切成為300 X 300mm的板材，厚度30mm，制備完成的預制體體積密度為0.46g/cm3。
[0023](2)采用酚醛樹脂作為浸潰劑。將圓環(huán)預制體浸泡在酚醛溶液內，浸潰4h。取出后將預制體放入金屬模具內，然后整體放置于烘箱中，升溫至90°C后保持2h，再升溫至180°C，保溫5h。將固化好的毛坯置于石墨坩堝中并裝入真空燒結爐中進行高溫裂解，裂解溫度為2000°C，保溫3h，全過程采用惰性氣體保護。
[0024](3 )將制備完成的毛坯置于石墨坩堝中，并放入真空燒結爐中，升溫至1650 V，保溫lh，將熔融的Si液傾倒進石墨坩堝中，保持約15min。降溫并取出石墨坩堝。制備出的毛坯外觀規(guī)整，無缺陷，測試其體積密度為2.16g/cm3。
[0025](4)按照圖紙要求，對制備完成的毛坯進行精密加工成型，并與金屬背板等進行組裝，完成了剎車片的組裝。
[0026]實施例3:
[0027](I)在預先設計并制備的模具中制備碳纖維預制體，預制體采用PAN基12k連續(xù)碳纖維制備的單向布與短切碳纖維連續(xù)疊放的工藝，鋪放比例為1:6，即鋪設一層碳布，再連續(xù)鋪設6層短切纖維，短切纖維長度為3?4mm。每鋪完一層碳布，在碳布上均勻鋪放SiC粉體，其粒度控制在100 μ m ;完成后將預制體裁切成為400 X 400mm的板材，厚度20mm，制備完成的預制體體積密度為0.61g/cm3。
[0028](2)采用糠酮樹脂作為浸潰劑。將圓環(huán)預制體浸泡在糠酮溶液內，浸潰2h。取出后將預制體放入金屬模具內，然后整體放置于烘箱中，升溫至90°C后保持2h，再升溫至160°C，保溫4h。將固化好的毛坯置于石墨坩堝中并裝入真空燒結爐中進行高溫裂解，裂解溫度為1800°C，保溫4h，全過程采用惰性氣體保護。
[0029](3 )將制備完成的毛坯置于石墨坩堝中，并放入真空燒結爐中，升溫至1600 V，保溫lh，將熔融的Si液傾倒進石墨坩堝中，保持約20min。降溫并取出石墨坩堝。制備出的毛坯外觀規(guī)整，無缺陷，測試其體積密度為1.95g/cm3。
[0030](4)按照圖紙要求，對制備完成的毛坯進行精密加工成型，并與金屬背板等進行組裝，完成了剎車片的組裝。
【主權項】
1.一種碳纖維增強SiC基復合材料汽車剎車片的成型方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:碳纖維預制體結構設計及制備，預制體采用連續(xù)碳纖維制備的碳布與短切碳纖維連續(xù)疊放的工藝，鋪放比例為1:6?1:8，即鋪設一層碳布，再連續(xù)鋪設6?8層短切纖維，短切纖維長度為2?5mm，每鋪完一層碳布，在碳布上均勻鋪放SiC粉體，其粒度控制在 40 ?100 μ m ； 步驟二:碳纖維表面碳涂層，采用糠酮樹脂作為浸潰劑，將圓環(huán)預制體浸泡在酚醛溶液內，浸潰2h?4小時。取出后將預制體放入金屬模具內，然后整體放置于烘箱中，升溫至90?120°C后保持I?2小時，再升溫至150?180°C，保溫4?5小時，將固化好的毛坯置于石墨坩堝中并裝入真空燒結爐中，1750?2000°C下進行高溫裂解，保溫4?5小時，全過程采用惰性氣體保護或真空； 步驟三:浸硅處理，將制備完成的毛坯置于石墨坩堝中，并放入真空燒結爐中，升溫至1600?1650°C，保溫0.5?I小時，將熔融的Si液傾倒進石墨坩堝中，保持約12?20min。降溫并取出石墨坩堝，制備出體積密度為1.95?2.16g/cm3的碳纖維增強SiC基體復合材料剎車片毛坯。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種碳纖維增強SiC基復合材料汽車剎車片的成型方法，其特征在于，所述步驟三之后還包括步驟四:加工成型及裝配，對制備完成的毛坯進行機械加工，并與金屬背板等進行組裝。
3.據(jù)權利要求1所述的一種碳纖維增強SiC基復合材料汽車剎車片的成型方法，其特征在于，所述連續(xù)纖維采用PAN基12k或24k碳纖維，短切纖維采用6k或12k或24k碳纖維裁切而成。
4.據(jù)權利要求1所述的一種碳纖維增強SiC基復合材料汽車剎車片的成型方法，其特征在于，預制體裁切成為直徑300?400mm,厚度20?30mm的圓環(huán),預制體體積密度控制為0.46 ?0.6lg/cm3。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碳纖維增強SiC基復合材料汽車剎車片的制造方法，該方法包括以下步驟：（1）碳纖維預制體結構設計及制備；（2）碳纖維表面碳涂層；（3）浸硅處理；（4）加工成型及裝配。本發(fā)明解決了碳纖維表面碳層保護、浸硅制備SiC基體等工藝技術制造汽車剎車片。該方法制造的碳纖維增強SiC基復合材料剎車片可適用于各種氣候及地理條件下重載卡車及轎車的行駛，摩擦系數(shù)高且穩(wěn)定，干濕態(tài)下摩擦系數(shù)差異小，剎車過程平穩(wěn)，使用壽命長。
【IPC分類】F16D69-02
【公開號】CN104712691
【申請?zhí)枴緾N201310675058
【發(fā)明人】楊村林, 姜召陽, 敖明, 韓鋼, 韓渤濤
【申請人】航天睿特碳材料有限公司, 航天長征睿特科技有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2013年12月12日