一種氮化硅-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(lái)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:
氮化硅-碳化硅-碳纖維摩擦材料的制備方法是將密度為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幚碇频玫?碳化硅-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)獾牡哪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，三氯甲基硅烷氣:氫氣:氬氣的摩爾比為1: 3?5:4-6，流量控制在50?600ml/min，沉積碳化硅處理10?24小時(shí)獲得沉積碳化硅碳纖維毯；
(3)將上述沉積碳化硅碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛下1500?1800°C的溫度下滲硅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%外加5?15%濃度為0.2-0.6%的聚乙烯醇水溶液均勻混合后干燥制得；
(4)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)制得氮化硅-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、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、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(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到致密化，制造成本很高，采用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)能夠進(jìn)一步提高摩擦材料的耐磨性能；
5、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；
(3)將上述沉積碳化硅碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛下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；
(4)將上述滲硅碳纖維毯在1700°C的溫度下氮化處理10小時(shí)制得氮化硅-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；
(3)將上述沉積碳化硅碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛下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；
(4)將上述滲硅碳纖維毯在1550°C的溫度下氮化處理18小時(shí)制得氮化硅-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；
(3)將上述沉積碳化硅碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛下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；
(4)將上述滲硅碳纖維毯在1350°C的溫度下氮化處理24小時(shí)制得氮化硅-碳化硅-碳纖維摩擦材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氮化硅-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幚碇频玫?碳化硅-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)獾牡哪柋葹?:4?6，流量控制在100?600 ml/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，三氯甲基娃燒氣:氫氣:氬氣的摩爾比為1: 3~5:4~6，流量控制在50?600ml/min，沉積碳化硅處理10?24小時(shí)獲得沉積碳化硅碳纖維毯； (3)將上述沉積碳化硅碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛下1500?1800°C的溫度下滲硅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%外加5?15%濃度為0.2-0.6%的聚乙烯醇水溶液均勻混合后干燥制得； (4)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)制得氮化硅-碳化硅-碳纖維摩擦材料。
【專利摘要】一種氮化硅-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幚碇频玫?碳化硅-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、沉積碳硅、填充碳化鎢、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，能應(yīng)各種氣候條件的摩擦材料。
【IPC分類】C04B35/80, C04B35/634, C04B35/591, C04B38/00, C04B35/65, C04B35/622, C04B35/565
【公開號(hào)】CN105481429
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610014313
【發(fā)明人】唐竹興, 田帥
【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