本發(fā)明屬于纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種碳陶復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、剎車材料是乘用車制動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)行車安全和操控體驗(yàn)至關(guān)重要。目前，乘用車主流剎車盤材料為灰鑄鐵，但灰鑄鐵材料熱衰退較為嚴(yán)重，當(dāng)摩擦加劇導(dǎo)致更高溫度時(shí)，制動(dòng)性能下降，制動(dòng)距離縮短。相較于灰鑄鐵，碳纖維增強(qiáng)碳-碳化硅復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱碳陶復(fù)合材料)，具有強(qiáng)度高、密度低、摩擦性能穩(wěn)定、摩擦量小、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是新一代高性能制動(dòng)材料，在高速列車、飛機(jī)、賽車、高性能乘用車制動(dòng)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用和前景。

2、中國(guó)專利cn201910694425x公開了一種碳陶摩擦材料的制備方法，該方法采用pip和rmi工藝的結(jié)合，在rmi過(guò)程中同時(shí)以硅粉及無(wú)定型碳化硅粉作為滲硅原料，無(wú)定型碳化硅是通過(guò)陶瓷前驅(qū)體于低溫裂解所得。該方法的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)調(diào)節(jié)材料中不同碳化硅的粒徑和含量，所得碳陶摩擦材料的摩擦系數(shù)可調(diào)且穩(wěn)定，磨損量小，剎車過(guò)程中無(wú)明顯振動(dòng)，摩擦后期濕態(tài)無(wú)較大衰減，缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，成本高，成分分布不均勻，易產(chǎn)生偏磨、開裂等問(wèn)題。

3、中國(guó)專利cn103511525a公開了一種用于高速列車的碳陶制動(dòng)閘片及其制備方法，該方法通過(guò)控制碳陶復(fù)合材料的組成，采用低密度的碳纖維氈做為增強(qiáng)體，通過(guò)對(duì)后續(xù)的高溫處理、熱梯度化學(xué)氣相沉積滲碳處理、催化石墨化處理、非浸泡式熔融浸滲工藝的制備碳陶制動(dòng)閘片。該方法具有優(yōu)異力學(xué)和摩擦性能，制動(dòng)平穩(wěn)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，缺點(diǎn)是制備工藝復(fù)雜，成本高，制造周期長(zhǎng)，散熱性能不足，易產(chǎn)生開裂等問(wèn)題。

4、因此，需要提供一種制動(dòng)能量吸/散熱能力弱，不易開裂的碳陶復(fù)合材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明所要解決的第一技術(shù)問(wèn)題在于提供一種碳陶復(fù)合材料的制備方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，易操作，重復(fù)性好。本發(fā)明所要解決的第二技術(shù)問(wèn)題在于提供一種碳陶復(fù)合材料，該碳陶復(fù)合材料摩擦系數(shù)適中、耐磨性好、制動(dòng)能量吸/散熱能力強(qiáng)，不易開裂。本發(fā)明所要解決的第三技術(shù)問(wèn)題在于提供一種碳陶復(fù)合材料在乘用車制動(dòng)中的應(yīng)用，用于乘用車制動(dòng)。

2、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、一種碳陶復(fù)合材料的制備方法，先將碳纖維織造成2.5維或3維預(yù)制件，將預(yù)制件放入溶劑中回流，清洗后烘干，接著將預(yù)制件置于化學(xué)氣相沉積爐中沉積熱解碳，再進(jìn)行石墨化處理，然后浸漬裂解，最終獲得碳陶復(fù)合材料。

4、進(jìn)一步的，所述碳纖維為聚丙烯腈基碳纖維和瀝青基碳纖維。

5、進(jìn)一步的，所述碳纖維為聚丙烯腈基碳纖維和瀝青基碳纖維的體積比為1～3:1。

6、進(jìn)一步的，所述預(yù)制件的纖維體積分?jǐn)?shù)為25％～35％。

7、進(jìn)一步的，所述回流溶劑為丙酮。

8、進(jìn)一步的，所述化學(xué)氣相沉積爐的爐內(nèi)氣壓為2000～4000pa，爐內(nèi)溫度為1000～1200℃，爐內(nèi)碳源氣體和稀釋氣體的體積比為1:2～6，化學(xué)氣相沉積的時(shí)間為40～80h；所述碳源氣體為體積比為1:2～5的乙炔和天然氣的混合氣，稀釋氣體為氮?dú)狻?/p>

9、進(jìn)一步的，所述浸漬液為聚鋁硅氮烷、聚碳硅烷、甲苯和硅粉的混合溶液；所述聚鋁硅氮烷、聚碳硅烷、甲苯和硅粉的質(zhì)量比為1～5:1～5:20～30:1。

10、進(jìn)一步的，具體步驟如下：

11、1)將聚丙烯腈基碳纖維和瀝青基碳纖維通過(guò)機(jī)織和編織的方法混合織造成預(yù)制件，預(yù)制件的類型為2.5維或3維形式，纖維體積分?jǐn)?shù)為25％～35％；其中，聚丙烯腈基碳纖維和瀝青基碳纖維的體積比為1～3:1；

12、2)將步驟1)制備得到的預(yù)制件置于70℃的丙酮溶液中回流處理5～8h，回流完成后，利用去離子水清洗預(yù)制件2～4次，再將清洗完成的預(yù)制件置于110℃的真空烘箱中烘干處理2～3h；

13、3)將步驟2)烘干后的預(yù)制件放入化學(xué)氣相沉積爐中沉積熱解碳，得到密度為1.1～1.3g/cm3的c/c復(fù)合材料；其中，化學(xué)氣相沉積爐的爐內(nèi)氣壓為2000～4000pa，爐內(nèi)溫度為1000～1200℃，爐內(nèi)碳源氣體和稀釋氣體的體積比為1:2～6，化學(xué)氣相沉積的時(shí)間為40～80h；碳源氣體為體積比為1:2～5的乙炔和天然氣的混合氣，稀釋氣體為氮?dú)猓?/p>

14、4)將步驟3)制備得到的c/c復(fù)合材料置于石墨化爐中熱處理，熱處理的溫度為2500～2800℃，熱處理時(shí)間為30～90min，爐內(nèi)保護(hù)氣氛為氬氣；

15、5)將步驟4)經(jīng)過(guò)石墨化處理的c/c復(fù)合材料置于浸漬液中進(jìn)行真空浸漬，浸漬完成后，在保護(hù)氣氛下進(jìn)行高溫裂解后保溫，浸漬裂解保溫步驟重復(fù)6～10次，得到密度為1.9～2.0g/cm3的碳陶復(fù)合材料；其中，浸漬液為質(zhì)量比為1～5:1～5:20～30:1的聚鋁硅氮烷、聚碳硅烷、甲苯和硅粉的混合溶液；聚鋁硅氮烷和聚碳硅烷的數(shù)均分子量為1500～2000，硅粉的粒徑為30～50nm；浸漬真空度為100～500pa，高溫裂解溫度為900～1300℃，保護(hù)氣氛為氬氣，裂解時(shí)的升溫速率為3～8℃/min，保溫時(shí)間為2～3h。

16、所述的碳陶復(fù)合材料的制備方法制備獲得的碳陶復(fù)合材料。

17、所述的碳陶復(fù)合材料在乘用車制動(dòng)中的應(yīng)用。

18、有益效果：相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：

19、(1)本發(fā)明制備得到的碳陶復(fù)合材料密度為1.9～2.0g/cm3，摩擦系數(shù)適中、耐磨性好、制動(dòng)能量吸/散熱能力強(qiáng)，不易開裂。

20、(2)本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單易操作、重復(fù)性好且成本低。

技術(shù)特征：

1.一種碳陶復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，先將碳纖維織造成2.5維或3維預(yù)制件，將預(yù)制件放入溶劑中回流，清洗后烘干，接著將預(yù)制件置于化學(xué)氣相沉積爐中沉積熱解碳，再進(jìn)行石墨化處理，然后浸漬裂解，最終獲得碳陶復(fù)合材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳陶復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述碳纖維為聚丙烯腈基碳纖維和瀝青基碳纖維。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳陶復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述碳纖維為聚丙烯腈基碳纖維和瀝青基碳纖維的體積比為1～3:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳陶復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述預(yù)制件的纖維體積分?jǐn)?shù)為25％～35％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳陶復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述回流溶劑為丙酮。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳陶復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相沉積爐的爐內(nèi)氣壓為2000～4000pa，爐內(nèi)溫度為1000～1200℃，爐內(nèi)碳源氣體和稀釋氣體的體積比為1:2～6，化學(xué)氣相沉積的時(shí)間為40～80h；所述碳源氣體為體積比為1:2～5的乙炔和天然氣的混合氣，稀釋氣體為氮?dú)狻?/p>

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳陶復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述浸漬液為聚鋁硅氮烷、聚碳硅烷、甲苯和硅粉的混合溶液；所述聚鋁硅氮烷、聚碳硅烷、甲苯和硅粉的質(zhì)量比為1～5:1～5:20～30:1。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳陶復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

9.權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的碳陶復(fù)合材料的制備方法制備獲得的碳陶復(fù)合材料。

10.權(quán)利要求9所述的碳陶復(fù)合材料在乘用車制動(dòng)中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種碳陶復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用，屬于纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料的制備領(lǐng)域。該方法先將碳纖維織造成2.5維或3維預(yù)制件，將預(yù)制件放入溶劑中回流，清洗后烘干，接著將預(yù)制件置于化學(xué)氣相沉積爐中沉積熱解碳，再進(jìn)行石墨化處理，然后浸漬裂解，最終獲得碳陶復(fù)合材料。本發(fā)明制備得到的碳陶復(fù)合材料摩擦系數(shù)適中、耐磨性好和制動(dòng)能量吸/散熱能力強(qiáng)，不易開裂，用于乘用車制動(dòng)，且制備方法簡(jiǎn)單、易操作、重復(fù)性好、成本低。

技術(shù)研發(fā)人員：劉勇,陳海力,何麗蓉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州東杏表面技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10