超聲波分散硼化鈮碳化硅-碳纖維摩擦材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維和陶瓷材料復(fù)合的摩擦材料的制備方法，屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]摩擦材料目前主要采用的是碳纖維和碳(C/C)復(fù)合材料，由于C/C復(fù)合材料的耐磨性能相對(duì)較低，人們正在尋求耐磨性能更高的摩擦材料的制備方法。另外，c/C復(fù)合材料在潮濕的環(huán)境中，它的摩擦性能會(huì)降低，給使用帶來嚴(yán)重的安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種能克服上述缺陷、實(shí)現(xiàn)制備更高強(qiáng)度、更高摩擦性能及適應(yīng)各種氣候條件的摩擦材料的制備方法。其技術(shù)方案為:
超聲波分散硼化鈮碳化硅-碳纖維摩擦材料的制備方法是將密度為0.1-1.8 g/cm3石墨化的碳纖維毯進(jìn)行滲碳處理后進(jìn)行超聲波分散硼化鈮填充處理，再進(jìn)行沉積碳化硅處理，再進(jìn)行埋入滲硅處理，然后在氮?dú)鈿夥罩械幚碇频贸暡ǚ稚⑴鸹壧蓟?碳纖維摩擦材料，具體步驟如下:
(1)將密度為0.1-1.8g/cm3石墨化的碳纖維毯在900?1100°C溫度下通入丙烷氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，丙烷氣:氮?dú)獾哪柋葹?:4?6，流量控制在50?600ml/min，滲碳處理10?24小時(shí)獲得滲碳碳纖維毯；
(2)將上述滲碳碳纖維毯浸入粒度小于0.3μπι含量為5?20%硼化鈮的漿料里，置于超聲波清洗器中填充硼化鈮處理30?50分鐘，取出干燥后制得填充硼化鈮碳纖維毯，其中，漿料為含聚丙烯酸銨0.5-1.5%ρΗ值為9?11的水溶液；
(3)將上述填充硼化鈮碳纖維毯在900?1100°C溫度下通入三氯甲基硅烷氣、氫氣和氬氣的混合氣體，沉積碳化硅處理10?24小時(shí)獲得沉積碳化硅碳纖維毯，其中，三氯甲基硅烷氣:氫氣:氬氣的摩爾比為1: 3~5:3?5，流量為50~600ml/min ；
(4)將上述沉積碳化硅碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛中1500?1800°C的溫度下滲硅處理3?5小時(shí)制得滲硅碳纖維毯，其中，滲硅料為硅粉30?50%和直徑為0.5?3mm炭粒50?70%的混合物外加1~3%濃度為0.2-0.6%的聚乙烯醇水溶液均勻混合干燥后制得；
(5)將上述滲硅碳纖維毯在1350?1700°C的溫度下氮化處理10?24小時(shí)制得超聲波分散硼化鈮碳化硅-碳纖維摩擦材料。
[0004]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)為:
1、本發(fā)明使用的碳纖維毯是石墨化的碳纖維毯，或石墨化的針刺碳纖維毯，或石墨化的編織碳纖維布，或石墨化的三維編織碳纖維織塊；
2、本發(fā)明制備的摩擦材料是由碳纖維和碳化硅、硼化鈮、氮化硅復(fù)合的一種高強(qiáng)度、高摩擦性能、適應(yīng)各種氣候條件下的摩擦材料；
3、通過滲碳、填充硼化鈮、沉積碳化硅、埋入滲硅及氮化等步驟實(shí)現(xiàn)摩擦材料的制備，滲碳和沉積碳化硅兩個(gè)步驟是為了保護(hù)碳纖維表面不受破壞而在碳纖維表面賦予的炭涂層和碳化硅涂層，因?yàn)樵跐B硅的過程中碳化硅涂層會(huì)阻擋硅蒸汽的滲入，碳化硅涂層一旦滲漏，滲碳涂層與硅蒸汽反應(yīng)生成碳化硅進(jìn)一步阻擋硅蒸汽，從而保護(hù)碳纖維表面不受破壞；
4、碳纖維毯具有很高的氣孔率，單靠滲碳和沉積碳化硅會(huì)需要很長時(shí)間才能達(dá)到致密化，制造成本很高，采用填充硼化鈮和埋入滲硅的方法填充碳纖維毯的空隙就會(huì)非常方便，省時(shí)省力，同時(shí)填充硼化銀能夠進(jìn)一步提高摩擦材料的耐磨性能；
5、本發(fā)明利用滲碳碳纖維的柔韌性，通過超聲波的作用在漿料產(chǎn)生微泡，當(dāng)聲壓或者聲強(qiáng)到達(dá)一定程度時(shí)，微泡就會(huì)迅速膨脹，然后又突然閉合，微泡閉合的瞬間產(chǎn)生沖擊波，使微泡周圍產(chǎn)生約1012pa的壓力，將硼化鈮顆粒強(qiáng)制填充到碳纖維毯的空隙中，達(dá)到填隙的目的；
6、采用漿料分散硼化鈮填充處理，可以有效提高硼化鈮顆粒懸浮性能，提高填充效率，在氮化過程中生成氮化硅將硼化鈮顆粒牢固地結(jié)合在一起；
7、由于滲入的金屬硅熔點(diǎn)較低為1420°C左右，摩擦材料工作面的溫度瞬時(shí)可達(dá)近2000°C，將金屬硅氮化生成氮化硅，形成微孔結(jié)構(gòu)的摩擦材料，可以大幅度提高摩擦材料工作面的耐受溫度，提高摩擦材料的性能和使用壽命。
【具體實(shí)施方式】
[0005]實(shí)施例1
(1)將密度為1.8g/cm3石墨化的碳纖維毯在900°C溫度下通入丙烷氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，丙燒氣:氮?dú)獾牡哪柋葹?:4，流量控制在50ml/min，滲碳處理24小時(shí)獲得滲碳碳纖維越;
(2)將上述滲碳碳纖維毯浸入粒度小于0.3μπι含量為5%硼化鈮的漿料里，置于超聲波清洗器中填充硼化鈮處理50分鐘，取出干燥后制得填充硼化鈮碳纖維毯，漿料為含聚丙烯酸銨1.5%ρΗ值為9的水溶液；
(3)將上述填充硼化鈮碳纖維毯在900°C溫度下通入三氯甲基硅烷氣、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯甲基硅烷氣:氫氣:氬氣的摩爾比為1:5: 5，流量控制在50ml/min，沉積碳化硅處理24小時(shí)獲得沉積碳化硅碳纖維毯；
(4)將上述沉積碳化硅碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛中1500°C的溫度下滲硅5小時(shí)制得滲硅碳纖維毯，其中，滲硅料為硅粉30%和直徑為0.5mm炭粒70%外加5%濃度為0.2%的聚乙烯醇水溶液均勻混合后干燥制得；
(5)將上述滲硅碳纖維毯在1700°C的溫度下氮化處理10小時(shí)制得硼化鈮碳化硅-碳纖維摩擦材料。
[0006]實(shí)施例2
(1)將密度為0.8g/cm3石墨化的碳纖維毯在1000°C溫度下通入丙烷氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，丙烷氣:氮?dú)獾牡哪柋葹?: 5，流量控制在350ml/min，滲碳處理18小時(shí)獲得滲碳碳纖維毯；
(2)將上述滲碳碳纖維毯浸入粒度小于0.3μπι含量為12%硼化鈮的漿料里，置于超聲波清洗器中填充硼化鈮處理40分鐘，取出干燥后制得填充硼化鈮碳纖維毯，漿料為含聚丙烯酸錢1 %pH值為10的水溶液；
(3)將上述填充硼化鈮碳纖維毯在1000°C溫度下通入三氯甲基硅烷氣、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯甲基硅烷氣:氫氣:氬氣的摩爾比為1:4:4，流量控制在350ml/min，沉積碳化硅處理18小時(shí)獲得沉積碳化硅碳纖維毯；
(4)將上述沉積碳化硅碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛中1650°C的溫度下滲硅4小時(shí)制得滲硅碳纖維毯，其中，滲硅料為硅粉40%和直徑為2mm炭粒60%外加10%濃度為0.4%的聚乙烯醇水溶液均勻混合后干燥制得；
(5)將上述滲硅碳纖維毯在1550°C的溫度下氮化處理18小時(shí)制得硼化鈮碳化硅-碳纖維摩擦材料。
[0007] 實(shí)施例3
(1)將密度為0.lg/cm3石墨化的碳纖維毯在1100°C溫度下通入丙烷氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，丙燒氣:氮?dú)獾牡哪柋葹?: 6，流量控制在600ml/min，滲碳處理10小時(shí)獲得滲碳碳纖維毯；
(2)將上述滲碳碳纖維毯浸入粒度小于0.3μπι含量為20%硼化鈮的漿料里，置于超聲波清洗器中填充硼化鈮處理30分鐘，取出干燥后制得填充硼化鈮碳纖維毯，漿料為含聚丙烯酸銨0.5%ρΗ值為11的水溶液；
(3)將上述填充硼化鈮碳纖維毯在1100°C溫度下通入三氯甲基硅烷氣、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯甲基硅烷氣:氫氣:氬氣的摩爾比為1: 3: 3，流量控制在600ml/min，沉積碳化硅處理10小時(shí)獲得沉積碳化硅碳纖維毯；
(4)將上述沉積碳化硅碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛中1800°C的溫度下滲硅3小時(shí)制得滲硅碳纖維毯，其中，滲硅料為硅粉50%和直徑為3mm炭粒50%外加15%濃度為0.6%的聚乙烯醇水溶液均勻混合后干燥制得；
(5)將上述滲硅碳纖維毯在1350°C的溫度下氮化處理24小時(shí)制得硼化鈮碳化硅-碳纖維摩擦材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.超聲波分散硼化鈮碳化硅-碳纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，將密度為0.1?1.8g/cm3石墨化的碳纖維毯進(jìn)行滲碳處理后進(jìn)行超聲波分散硼化鈮填充處理，再進(jìn)行沉積碳化硅處理，再進(jìn)行埋入滲硅處理，然后在氮?dú)鈿夥罩械幚碇频贸暡ǚ稚⑴鸹壧蓟?碳纖維摩擦材料，具體步驟如下: (1)將密度為0.1-1.8g/cm3石墨化的碳纖維毯在900?1100°C溫度下通入丙烷氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，丙烷氣:氮?dú)獾哪柋葹?:4?6，流量控制在50?600ml/min，滲碳處理10?24小時(shí)獲得滲碳碳纖維毯； (2)將上述滲碳碳纖維毯浸入粒度小于0.3μπι含量為5?20%硼化鈮的漿料里，置于超聲波清洗器中填充硼化鈮處理30?50分鐘，取出干燥后制得填充硼化鈮碳纖維毯，其中，漿料為含聚丙烯酸銨0.5-1.5%ρΗ值為9?11的水溶液； (3)將上述填充硼化鈮碳纖維毯在900?1100°C溫度下通入三氯甲基硅烷氣、氫氣和氬氣的混合氣體，沉積碳化硅處理10?24小時(shí)獲得沉積碳化硅碳纖維毯，其中，三氯甲基硅烷氣:氫氣:氬氣的摩爾比為1: 3~5:3?5，流量為50?600ml/min; (4)將上述沉積碳化硅碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛中1500?1800°C的溫度下滲硅處理3?5小時(shí)制得滲硅碳纖維毯，其中，滲硅料為硅粉30?50%和直徑為0.5?3mm炭粒50?70%的混合物外加1~3%濃度為0.2-0.6%的聚乙烯醇水溶液均勻混合干燥后制得； (5)將上述滲硅碳纖維毯在1350?1700°C的溫度下氮化處理10?24小時(shí)制得超聲波分散硼化鈮碳化硅-碳纖維摩擦材料。
【專利摘要】超聲波分散硼化鈮碳化硅-碳纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，將密度為0.1~1.8g/cm3石墨化的碳纖維毯進(jìn)行滲碳處理后進(jìn)行超聲波分散硼化鈮填充處理，再進(jìn)行沉積碳化硅處理，再進(jìn)行埋入滲硅處理，然后在氮?dú)鈿夥罩械幚碇频贸暡ǚ稚⑴鸹壧蓟?碳纖維摩擦材料。本發(fā)明是采用石墨化碳纖維毯通過滲碳、填充硼化鈮、沉積碳化硅、埋入滲硅及氮化等步驟實(shí)現(xiàn)摩擦材料的制備，所制備的摩擦材料高強(qiáng)度、高韌性、高摩擦性能，是適應(yīng)各種氣候條件下的摩擦材料。
【IPC分類】C04B35/565, C04B35/634, C04B35/58, C04B38/00, C04B35/65, C04B35/80, C04B35/622, C04B35/591
【公開號(hào)】CN105481416
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610014271
【發(fā)明人】唐竹興
【申請(qǐng)人】山東理工大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2016年1月11日