一種碳陶飛機剎車盤的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種碳陶飛機剎車盤的制備方法，包括如下步驟：以密度為1.0?1.5g/cm

A preparation method of carbon ceramic aircraft brake disc

【技術實現步驟摘要】
一種碳陶飛機剎車盤的制備方法
本專利技術屬于制動材料開發領域，具體涉及一種碳陶飛機剎車盤的制備方法。
技術介紹
碳陶復合材料作為公認的高性能制動材料，具有干濕態摩擦系數高且穩定，磨合性和導熱性優良，使用負荷高，環境適應性強等優點。目前，碳陶摩擦材料制備方法主要有先驅體浸漬裂解(PIP)和反應滲硅工藝(RMI)。這兩種制備方法的基礎是碳碳復合材料，而碳碳復合材料在制備過程中其熱解碳基體的分布均勻性很難控制，且密度越高，不均勻性梯度越大。PIP工藝可以很好的消除碳碳材料在制備過程中引起的不均勻性，先驅體裂解生成的碳化硅與碳碳坯體或自身的結合能力較反應滲硅弱，不會對材料強度造成損傷，且剎車性能穩定，無振動，但先驅體浸漬裂解工藝制備的碳化硅為納米級，且最終材料做不到表面致密，其摩擦系數偏低，濕態衰減較大，不適合應用于高能載剎車。而目前用作飛機剎車的主要是采用反應滲硅工藝，然而反應滲硅工藝中，由于需消耗部分碳，要求碳碳坯體密度較高，且坯體中的大孔中填充的大量液態硅與碳又不能完全反應，導致硅的殘余量高，制備的碳陶摩擦材料內部與表面微觀結構和組分有較大差異，在剎車過程中易抱死，震動大，摩擦后期，剎車性能不穩定，濕態衰減過大。且在融滲過程中，液態硅與熱解碳或部分碳纖維生成過強界面，造成材料強度損傷。總之，將反應滲硅的剎車盤用于制動領域中的使用還存在缺陷，如摩擦系數偏高，易抱死，震動大，對剎車系統其他零部件損傷大，且價格較高，目前，只是在部分軍機上使用。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種碳陶飛機剎車盤的制備方法。為實現上述目的，本專利技術采取的技術方案為：本專利技術一種碳陶飛機剎車盤的制備方法，包括如下步驟：以密度為1.0-1.5g/cm3的C/C復合材料為坯體依次經過PIP處理、高溫處理、RMI處理獲得密度為2.0-2.2g/cm3的碳陶復合材料；將碳陶復合材料于真空下多次浸泡于硅溶膠中、烘干直至碳陶復合材料的增重率為1％-4％，然后熱處理即獲得碳陶剎車盤；所述RMI處理的過程為，將經高溫處理的坯體置于鋪設有硅粉和無定型碳化硅粉的石墨模具中，在真空條件下，滲硅反應，所述無定型碳化硅粉由碳化硅陶瓷先驅體于800-1000℃燒結獲得。本專利技術的制備方法，采用PIP和RMI工藝的結合，在RMI過程中同時以硅粉及無定型碳化硅粉作為滲硅原料，無定型碳化硅是由陶瓷先驅體于低溫裂解所得的，專利技術人通過測試發現，當同時采用硅粉及無定型碳化硅粉作為滲硅原料，所得剎車材料的結合性能更佳，摩擦曲線更加平穩，磨損率降低，且具有濕態摩擦系數無衰減的特點，專利技術人推斷，這是由于無定型碳化硅在較低溫度開始即有很大的蒸發量可以促進產品中PIP制備的碳化硅晶粒長大，同時，發現其在1300℃以上，在真空條件下，會被蒸發進入工件內，并作為一種粘結劑，可以促進兩種碳化硅的燒結為一體，主要是利用重結晶碳化硅燒結的蒸發凝聚機理，無定型碳化硅粉蒸發后，在真空條件下，會進入工件中，在兩種工藝生成的碳化硅顆粒間凝聚，形成燒結頸，促進兩種碳化硅間的結合。另外本專利技術中針對飛機剎車盤剎車的特性，還進行了涂層處理，不管是PIP還是RMI制備的碳陶摩擦材料，在用于飛機剎車的過程中，在所需求的摩擦系數的情況下，都存在尾翹偏高的情況，即使兩者結合制備的摩擦材料尾翹有改善，但不能完全解決這一問題。而本專利技術在研發過程中發現微量的二氧化硅等物質的引入，基本可以解決碳陶摩擦材料尾翹高的問題。同時，二氧化硅等物質作為減摩材料，對磨損量的降低也有很大的改善。本專利中，工件經過PIP和RMI處理后，已經致密化，二氧化硅等物質只有通過液體或氣體才能均勻被帶入，而二氧化硅的軟化點要到1650℃，而再次高溫處理對碳化硅晶粒度及工件致密性有影響，會引起摩擦性能的改變，因此，這也限制了二氧化硅等物質引入的溫度要遠低于RMI的處理溫度，因此，浸泡硅溶膠是最好的選擇，且可以在低溫或常溫階段很好的控制引入的量，避免引入的二氧化硅量過多，引起摩擦性能發生不可逆的改變。專利技術人在研究中發現，引入的二氧化硅等物質含量過少，其尾翹的改善基本沒有變化；二氧化硅也是一種減摩材料，如果引入的量過多，尾翹降下去的同時，其摩擦系數也會有較大的降低。優選的方案，所述滲硅反應程序為：先以3-5℃/min的速率升溫至1200℃，再以2-3℃/min的速率升溫至1650-1750℃，保溫3-5h，自然降溫。優選的方案，所述滲硅反應時，真空度控制為100-500Pa。優選的方案，所述硅粉與無定型碳化硅粉的質量比為10:1-3。優選的方案，硅粉的粒徑為2-5mm。專利技術人發現，硅粉的粒徑對反應滲硅影響較大，粒徑越小，表面積越大，硅的蒸發量越多，增密至相同的密度，所需硅量也越多，同時硅表面有一層二氧化硅膜，粒徑越小，二氧化硅含量越多，不利于硅的滲入；粒徑太大，在反應滲硅過程中，硅不能完全消耗完，沒消耗完的硅會殘留在工裝內或工件上，堵塞工件表面或者影響工件外觀。在本專利技術中所用硅粉為工業級。優選的方案，所述無定型碳化硅粉的制備方法如下：將碳化硅陶瓷先驅體與交聯劑A按質量比100:10-20混合獲得漿液，將漿液于800-1000℃燒結、研磨、過80目篩，取篩下物即得。進一步的優選，所述燒結程序為：先以5-10℃/min的速率升溫至90-150℃，保溫30-120min，再以5-10℃/min的速率升溫至280-350℃，保溫60-180min；再以3-5℃/min的速率升溫至800-1000℃，保溫60-150min。對于無定型碳化硅，其燒結程序對其性能具有較大的影響，本專利技術中燒結程序可使陶瓷先驅體和交聯劑最大程度的交聯和反應，使最終燒結出來的無定型碳化硅粉中只有碳化硅相，不含硅或碳等相，如果不按本專利技術的程序走將有無定型碳與硅雜質存在，而雜質的存在會提高無定型碳化硅蒸發溫度，影響滲硅效果和最終產品性能；此外此燒結程序燒結出來的無定型碳化硅是粉狀，無需球磨，只需簡單研磨，即能達到所需粒徑的無定型碳化硅粉，而在本專利技術的粒徑下可以保證碳化硅粉順利蒸發至坯體中。進一步的優選，所述碳化硅陶瓷先驅體選自聚碳硅烷、聚甲基硅烷中的至少一種。作為更進一步的優選，所述碳化硅陶瓷先驅體選自聚甲基硅烷。進一步的優選，所述交聯劑A選自苯乙烯、二乙烯基苯中的至少一種。優選的方案，將碳陶復合材料于真空下多次浸泡于硅溶膠中，真空度控制在≤10Pa，浸泡時間為3-5h。優選的方案，所述硅溶膠為中性硅溶膠，所述硅溶膠中，二氧化硅的質量分數為10％-40％。優選的方案，所述烘干的溫度為150-200℃，烘干的時間為3-5h。在工業化應用中，烘干后對碳陶復合材料計量，當質量增重率小于碳陶復合材料總質量的1％，重復浸泡-烘干操作，直到質量增重為大于碳陶復合材料總質量的1％，小于碳陶復合材料總質量的4％，再進行熱處理。優選的方案，所述熱處理在保護氣氛下進行，所述熱處理的程序為：先以3-5℃/min的速率升溫至1200℃后，再以2-3℃/min速率升溫至1400-1450℃后，保溫3-4h，自然降溫。作為進一步的優選，所述保護氣氛為氮氣氣氛或氬氣氣氛。優選的方案，密度為1.0-1.5g/cm3的C/C復合材料選用纖維體積分數為0.5-0.55，編織方式為2.5D針刺，網胎和碳布本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種碳陶飛機剎車盤的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：以密度為1.0?1.5g/cm

【技術特征摘要】
1.一種碳陶飛機剎車盤的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：以密度為1.0-1.5g/cm3的C/C復合材料為坯體依次經過PIP處理、高溫處理、RMI處理獲得密度為2.0-2.2g/cm3的碳陶復合材料；將碳陶復合材料于真空下多次浸泡于硅溶膠中、烘干直至碳陶復合材料的增重率為1％-4％，然后熱處理即獲得碳陶剎車盤；所述RMI處理的過程為，將經高溫處理的坯體置于鋪設有硅粉和無定型碳化硅粉的石墨模具中，在真空條件下，滲硅反應，所述無定型碳化硅粉由碳化硅陶瓷先驅體于800-1000℃燒結獲得。2.根據權利要求1所述的一種碳陶飛機剎車盤的制備方法，其特征在于：所述滲硅反應程序為先以3-5℃/min的速率升溫至1200℃，再以2-3℃/min的速率升溫至1650-1750℃，保溫3-5h，自然降溫；所述滲硅反應時，真空度控制為100-500Pa。3.根據權利要求1所述的一種碳陶飛機剎車盤的制備方法，其特征在于：所述硅粉與無定型碳化硅粉的質量比為10:1-3；硅粉的粒徑為2-5mm。4.根據權利要求1所述的一種碳陶飛機剎車盤的制備方法，其特征在于：所述無定型碳化硅粉的制備方法如下：將碳化硅陶瓷先驅體與交聯劑A按質量比100:10-20混合獲得漿液，將漿液于800-1000℃燒結、研磨、過80目篩，取篩下物即得；所述燒結程序為：先以5-10℃/min的速率升溫至90-150℃，保溫30-120min，再以5-10℃/min的速率升溫至280-350℃，保溫60-180min；再以3-5℃/min的速率升溫至800-1000℃，保溫60-150min。5.根據權利要求4所述的一種碳陶飛機剎車盤的制備方法，其特征在于：所述碳化硅陶瓷先驅體選自聚碳硅烷、聚甲基硅烷中的至少一種；所述交聯劑A選自苯乙烯、二乙烯基苯中的至少一種。6.根據權利要求1所述的一種碳陶飛機剎車盤的制備方法，其特征在于：將碳陶復合材料于真...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣軍軍，劉沙，張四海，
申請(專利權)人：湖南博望碳陶有限公司，
類型：發明
國別省市：湖南,43