本發明專利技術公開了一種一步致密化生產碳陶汽車制動盤的方法。本發明專利技術將石墨粉、硅粉等添加劑與樹脂混合溶解，然后預先涂覆在由碳纖維絲束編織而成的碳纖維布上，晾干疊層后再進行模壓成型，最后加工炭化得到碳纖維增強的陶瓷復合材料制動盤。本發明專利技術通過石墨粉、硅粉的添加可達到一步致密化獲得較高密度的碳陶復合材料目的，克服了氣相沉積和液相浸漬方法的制備周期長、過程難控制等缺點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種生產汽車制動盤的方法，尤其是涉及。
技術介紹
盤式制動器是目前乘用車最普遍使用的制動器，它具有結構簡單、反應迅速、效果穩定、易維修等優點。制動盤是盤式制動系統的核心部件，它的性能決定著汽車的制動安全性的駕駛舒適性。目前廣泛使用的盤式制動器材料為鑄鐵，它具有容易加工和耐磨性較好等優點，但是它也具有質量大、熱穩定性較差、容易生銹、制動噪音大等缺點。隨著汽車零部件制造技術的發展，制動盤正向著質量更輕、摩擦系數更大以及耐久性更好的方向發展。面對乘用車對高性能制動盤的迫切需求，研發新型制動盤材料不僅有重大的現實意義，而且還具有巨大的推廣應用價值。碳纖維增強陶瓷制動盤，是采用碳纖維作為增強材料的一類摩擦材料，它充分利用了碳纖維在物理性能上具有強度大、模量高、密度小、導熱好、耐高溫、耐摩擦、熱穩定性好等特點，同時又兼具陶瓷材料的高硬度等特點。碳纖維在碳陶復合材料中起到承載載荷的作用，而陶瓷和碳素基體在碳陶復合材料中起到傳遞載荷的作用。碳纖維是否能在碳陶復合材料中發揮作用取決于陶瓷和碳素基體是否致密，所以致密化工藝是決定著碳陶復合材料的性能的關鍵。碳陶復合材料制備的第一步首先是將碳纖維編織成預制體，然后將陶瓷和碳素前驅體引入預制體內，通過高溫裂解使碳素和陶瓷與碳纖維結合形成致密的復合材料，這一步稱為致密化。目前碳陶復合材料的致密化方法主要包括如下幾種:(I)化學氣相沉積法，將陶瓷和碳素前驅氣體在高溫下裂解，使陶瓷和碳素沉積于碳纖維預制體上以達到致密化的目的；(2)液相浸漬法，將碳纖維浸漬于碳素前驅液體內，然后固化成型，再放入高溫爐內進行裂解，最后用熔融硅深入碳碳坯體以達到致密化目的；上述工藝中(I)制備工藝周期長，氣體利用率低，成本高，沉積后期表面開氣孔被堵塞，需要進行加工后繼續沉積，工藝復雜。工藝(2)在高溫裂解過程中由于裂解氣逸出造成復合材料氣孔率極高，需要進行反復浸漬一高溫裂解循環，工藝時間長、密度偏低。
技術實現思路
為了克服現有致密化工藝存在的不足，本專利技術的目的在于提供了，通過一步致密化獲得較高密度碳陶復合材料制動盤，增強陶瓷汽車制動盤。本專利技術采用的技術方案是采用以下步驟:步驟一:碳纖維預制體的編織將碳纖維絲束進行平紋編織或者緞紋編織成碳纖維布，碳纖維布邊緣用可裂解聚合物線進行鎖邊以防止碳纖維絲束錯位；步驟二:碳纖維預浸漬體的制備將石墨粉、硅粉和樹脂粉進行混合溶于無水乙醇中，石墨粉、硅粉、樹脂粉和無水乙醇的質量比為30-60: 2-20:30-70: 70-90，充分攪拌使溶液內無團聚粉料;將該溶液預先均勻涂覆在碳纖維布的表面，然后在常溫下充分晾干，得到碳纖維預浸漬體；步驟三:碳纖維預浸漬體的模壓成型將碳纖維預浸漬體進行疊層，每一層的纖維排布方向與下一層錯開角度使得相鄰兩層的纖維排布方向不相同；然后將疊層后的碳纖維預浸漬體置于模壓模具的型腔內，初始加壓至10-30MPa的壓力，保持初始加壓壓力先升溫至120°C，最后保持壓力不變升溫至180°C，保溫30分鐘進行固化形成碳纖維預成型體；步驟四:碳纖維預成型體的加工將碳纖維預成型體進行加工打孔，切除多余邊角后對表面進行拋光處理；步驟五:碳纖維預成型體的炭化將碳纖維預成型體置于炭化爐內進行炭化處理，碳化溫度為1400°C，最終得到碳陶制動盤。所述步驟一中的可裂解聚合物線為丙綸或者滌綸。所述步驟一中的碳纖維絲束為IK、3K、6K或者12K的碳纖維絲束。所述步驟二的樹脂粉采用為高殘碳樹脂或瀝青。所述步驟二的石墨粉和硅粉均為10000目。所述步驟二得到的溶液用軟毛刷均勻刷涂在碳纖維布的表面。所述步驟二的碳纖維預浸漬體進行裁剪后再進行疊層。所述步驟五的炭化爐內炭化處理時用氬氣、氮氣或真空進行保護。本專利技術的有益效果是:本專利技術將石墨粉、硅粉等添加劑與樹脂混合溶解，然后預先涂覆在碳纖維布上，再進行模壓成型炭化，最后得到碳纖維增強陶瓷復合材料制動盤。本專利技術與傳統液相浸漬區別在于石墨粉和硅粉的添加，似的炭化過程密度變化率較小，能通過一步成型炭化獲得較大密度的碳陶復合材料制動盤，克服了氣相沉積和液相浸漬方法的制備周期長、過程難控制等缺點。【具體實施方式】下面結合實施例對本專利技術作進一步說明。本專利技術方法包括以下步驟:步驟一:碳纖維預制體的編織將碳纖維絲束進行平紋編織或者緞紋編織成碳纖維布，碳纖維布邊緣用可裂解聚合物線進行鎖邊以防止碳纖維絲束錯位；步驟二:碳纖維預浸漬體的制備將石墨粉、硅粉和樹脂粉進行混合溶于無水乙醇中，石墨粉、硅粉、樹脂粉和無水乙醇的質量比為30-60: 2-20:30-70: 70-90，充分攪拌使溶液內無團聚粉料;將該溶液預先均勻涂覆在碳纖維布的表面，然后在常溫下充分晾干，得到碳纖維預浸漬體；步驟三:碳纖維預浸漬體的模壓成型將碳纖維預浸漬體進行疊層，每一層的纖維排布方向與下一層錯開角度使得相鄰兩層的纖維排布方向不相同；然后將疊層后的碳纖維預浸漬體置于模壓模具的型腔內，初始加壓至10-30MPa的壓力，保持初始加壓壓力先升溫至120°C，最后保持壓力不變升溫至180°C，保溫30分鐘進行固化形成碳纖維預成型體；上述的固化壓力、溫度和時間可根據不同樹脂或瀝青進行確定。步驟四:碳纖維預成型體的加工將碳纖維預成型體按照制動盤圖紙進行加工打孔，切除多余邊角后對表面進行拋光處理；步驟五:碳纖維預成型體的炭化將碳纖維預成型體置于炭化爐內進行炭化處理，碳化溫度為1400°C，最終得到碳陶制動盤。優選的步驟一中的可裂解聚合物線為丙綸或者滌綸。 優選的步驟一中的碳纖維絲束為IK、3K、6K或者12K的碳纖維絲束。優選的優選的步驟二的樹脂粉采用為高殘碳樹脂或瀝青。優選的步驟二的石墨粉和硅粉均為10000目。優選的步驟二得到的溶液用軟毛刷均勻刷涂在碳纖維布的表面，但不限于此。步驟二中得到的碳纖維預浸漬體先按制動盤圖紙要求進行裁剪后再進行疊層，然后模壓成型。優選的步驟五的炭化爐內炭化處理時用氬氣、氮氣或真空進行保護，以防止碳素材料發生氧化。本專利技術碳陶復合材料制備首先是將碳纖維編織成預制體，然后將陶瓷和碳素前驅體引入預制體內，通過高溫裂解樹脂或瀝青使碳素和陶瓷與碳纖維結合形成致密的復合材料。本專利技術使用樹脂、石墨粉和硅粉的混合溶液預先對碳纖維布進行涂覆，讓石墨粉和硅粉被樹脂包裹有效提高其結合強度，石墨粉和硅粉的添加與碳纖維編織布相互配合，使石墨粉和硅粉能夠很好的填充纖維束之間的孔隙。石墨粉與硅粉被樹脂熱解碳連接，與碳纖維形成更好的結合。通過本一步致密化工藝制備的碳陶制動盤，經過炭化密度可達1.45g/cm3以上，平行于碳纖維方向的拉伸強度可達98MPa以上。與傳統液相浸漬制備工藝一次炭化后密度0.8-1.lg/cm3，強度40-70Mpa相比，有了很大提升。本專利技術的實施例如下:實施例1將IK的碳纖維絲束編織成平紋布，并用熱熔型丙綸進行鎖邊以防止纖維束錯位。將石墨粉、硅粉和樹脂粉進行混合溶于無水乙醇中，石墨粉、硅粉、樹脂粉和無水乙醇的質量比為30:20:30:70,充分攪拌使溶液內無團聚粉料;將該溶液預先均勻涂覆在碳纖維布的表面，然后在常溫下充分晾干，得到碳纖維預浸漬體;將碳纖維預浸漬體進行疊層，每一層的纖維排布方向與下一層錯開角度使得相鄰兩層的纖維排布方向不本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種一步致密化生產碳陶汽車制動盤的方法，其特征在于包含以下步驟：步驟一：碳纖維預制體的編織將碳纖維絲束進行平紋編織或者緞紋編織成碳纖維布，碳纖維布邊緣用可裂解聚合物線進行鎖邊以防止碳纖維絲束錯位；步驟二：碳纖維預浸漬體的制備將石墨粉、硅粉和樹脂粉進行混合溶于無水乙醇中，石墨粉、硅粉、樹脂粉和無水乙醇的質量比為30?60:2?20:30?70:70?90，充分攪拌使溶液內無團聚粉料；將該溶液預先均勻涂覆在碳纖維布的表面，然后在常溫下充分晾干，得到碳纖維預浸漬體；步驟三：碳纖維預浸漬體的模壓成型將碳纖維預浸漬體進行疊層，每一層的纖維排布方向與下一層錯開角度使得相鄰兩層的纖維排布方向不相同；然后將疊層后的碳纖維預浸漬體置于模壓模具的型腔內，初始加壓至10?30MPa的壓力，保持初始加壓壓力先升溫至120℃，最后保持壓力不變升溫至180℃，保溫30分鐘進行固化形成碳纖維預成型體；步驟四：碳纖維預成型體的加工將碳纖維預成型體進行加工打孔，切除多余邊角后對表面進行拋光處理；步驟五：碳纖維預成型體的炭化將碳纖維預成型體置于炭化爐內進行炭化處理，碳化溫度為1400℃，最終得到碳陶制動盤。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙偉，施正堂，楊鵬翱，高潔，
申請(專利權)人：浙江亞太機電股份有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33
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