【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及剎車盤制造，尤其涉及一種具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤及其制備方法。
技術介紹
1、剎車盤在汽車運行中主要起降速或者急停的作用，在突發狀況下關乎人的生命安全，因此尤為重要。由于剎車會產生短暫的較大沖擊摩擦力并生成大量的熱能，要求剎車盤的材料應該具有耐熱、耐沖擊、耐疲勞、高強度等性能。cf/sic復合材料因其高硬度、優越的摩擦性能以及可以大幅降低摩擦制動材料的質量，所以可在航空及高端汽車行業被用作制動件。碳陶剎車盤結合了碳纖維和多晶碳化硅這兩者的物理特性。c/sic材料的拉斷伸長率從0.1％到0.3％不等，這對于陶瓷材料而言是極高的數值。同時由于較輕的重量、良好的硬度、高壓和高溫條件下的穩定性、抗熱沖擊性和同韌性剪切斷裂特性等特點不但延長了剎車盤的使用壽命，并且避免了因負載而產生的大部分問題。
2、目前碳陶剎車盤的制備工藝為針刺-碳化-高溫處理-化學氣相沉積-高溫處理-施加摩擦層-加工-滲硅-加工，其中摩擦層的施加是為了提升剎車盤的耐磨能力，穩定摩擦系數。摩擦層和剎車盤的碳化硅含量和纖維含量差異很大，由于摩擦層的耐磨性能要求高，其往往不含碳纖維且碳化硅含量達到80％以上，導致其和基體的熱膨脹系數差異大，在冷卻過程中摩擦層存在很大的殘余應力，導致在使用的過程中摩擦層容易剝落。對此，提出一種具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，改善摩擦層和基體層結合問題。
技術實現思路
1、本專利技術目的在于提供一種雙層摩擦層的碳陶剎車盤及其制備方法，通過設置兩層摩擦層，對摩擦層厚度進行優化
2、為達此目的，本專利技術提供一種具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，所述碳陶剎車盤包括基體層和摩擦層，所述摩擦層包括第一摩擦層和第二摩擦層，所述第一摩擦層位于所述基體層和所述第二摩擦層之間；所述第一摩擦層的厚度為tfr1，碳化硅含量為vsic1，硅含量為vsi1；所述第二摩擦層的厚度為tfr2，碳化硅含量為vsic2，硅含量為vsi2，則第二摩擦層的厚度tfr2滿足如下公式：
3、
4、其中，系數β取值為0.9或5，δt為滲硅溫度和室溫的差值，δt為1600k。
5、優選的，所述第一摩擦層中碳化硅含量為50-80％，硅含量為20-50％；所述第二摩擦層中碳化硅含量為70-95％，硅含量為5-30％。
6、優選的，所述第一摩擦層包括粒徑為40-80微米的粗碳化硅和0.5-30微米的細碳化硅。
7、優選的，所述粗碳化硅和細碳化硅的體積比為1：1-10：1。
8、優選的，所述第二摩擦層包括粒徑為80-150微米的第二粗碳化硅和0.5-30微米的第二細碳化硅。
9、優選的，所述第二粗碳化硅和第二細碳化硅的體積比為1：1-10：1。
10、本專利技術還提出一種具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤的制備方法，用于制備上述具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，包括如下步驟：
11、s1：將碳纖維單向布和碳纖維網胎重復交疊得到碳纖維預制體，每層碳纖維單向布和每層碳纖維網胎疊加后進行針刺處理，針刺密度為50-200針/cm2,每一碳纖維網胎上下相鄰兩碳纖維單向布之間碳纖維方向呈90°夾角；
12、s2：將所述碳纖維預制體浸漬于40wt％濃度的酚醛樹脂酒精溶液，浸漬后干燥處理直到酒精完全揮發得到浸漬體；
13、s3：將所述浸漬體進行碳化處理得到碳化體，碳化溫度為900℃，保溫6h；
14、s4：將所述碳化體在氮氣中進行低溫石墨化處理得到石墨化坯體，處理溫度為1700℃，保溫2h；
15、s5：將碳化硅粉和酚醛粉末混合均勻得到第一摩擦層壓制粉末，將所述第一摩擦層壓制粉末均勻鋪設在所述石墨化坯體，在90℃的溫度下壓制30min得到第一坯體，壓力大于10mpa；
16、s6：將碳化硅粉和酚醛粉末混合均勻得到第二摩擦層壓制粉末，將所述第二摩擦層壓制粉末均勻鋪設在所述第一坯體，在150℃的溫度下壓制60min使其完全固化得到第二坯體，壓力大于10mpa；
17、s7：將所述第二坯體進行機械加工得到剎車盤坯體；
18、s8：將所述剎車盤坯體放入氮化硼坩堝后放入高溫真空爐中進行滲硅處理，滲硅處理完畢后進行表面打磨和尺寸加工即可得到所述具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，所述氮化硼坩堝中預先放入坯體質量1.1倍的純硅粉，滲硅處理溫度為1600-1700℃，保溫時間為2-4h，爐膛壓力小于1000pa。
19、優選的，s2和s3步驟至少進行一次，使所述碳化體的密度達到1.25-1.45g/cm3。
20、優選的，所述第一摩擦層壓制粉末中碳化硅粒徑為40-80微米，碳化硅粉末含量為35-55vol％，酚醛粉末為45-65vol％。
21、優選的，所述第二摩擦層壓制粉末中碳化硅粒徑為80-150微米，碳化硅粉末含量為45-75vol％，酚醛粉末為25-55vol％。
22、有益效果：本專利技術提供的具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，通過設置兩層摩擦層，最外層摩擦層為第二摩擦層，第二摩擦層碳化硅含量高，熱膨脹系數大，粒徑大，具有良好的耐磨性，內層摩擦層為第一摩擦層，第一摩擦層的碳化硅含量比第二摩擦層的碳化硅含量低，具有較低的熱膨脹系數，有效緩解了高碳化硅摩擦層和基體連接所產生的應力集中的問題，從而達到避免工作狀態時因應力集中導致摩擦層與基體層分離的現象。進一步的，建立起第一摩擦層、第二摩擦層之間的碳化硅、硅含量以及厚度的關系式，可以得到不同情況下第二摩擦層厚度的優選范圍，通過調整摩擦層厚度來提高摩擦層和基體層的結合力度，既提高了剎車盤耐摩擦又可以防止摩擦層脫離，實現雙贏。根據該關系式，生產過程中通過檢測產品第一摩擦層的碳化硅含量、硅含量、第一摩擦層實際厚度值和第二摩擦層碳化硅含量、硅含量，計算出第二摩擦層的理論厚度范圍，將第二摩擦層實際值與摩擦層厚度理論值對比，可輔助技術人員判斷剎車盤的合格性，降低檢測難度。
23、本專利技術還提出一種具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤的制備方法，碳化處理后進行兩次壓制，每次壓制采用不同含量的碳化硅粉和酚醛粉末混合的壓制粉末，從而實現了兩層摩擦層的制造，外層摩擦層的壓制溫度更高、壓制時間更長，兩步壓制有利于提高兩層摩擦層與基體的連接強度，降低摩擦層與基體層脫離的概率。整個制備工藝制造方法簡單，不需要化學氣相沉積處理，采用低溫石墨轉化，工藝簡單，工藝難度較低，容易規模化生產。
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1.一種具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，其特征在于，所述碳陶剎車盤包括基體層和摩擦層，所述摩擦層包括第一摩擦層和第二摩擦層，所述第一摩擦層位于所述基體層和所述第二摩擦層之間；所述第一摩擦層的厚度為tfr1，碳化硅含量為vSiC1，硅含量為vSi1；所述第二摩擦層的厚度為tfr2，碳化硅含量為vSiC2，硅含量為vSi2，則第二摩擦層的厚度tfr2滿足如下公式：
2.如權利要求1所述的具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，其特征在于，所述第一摩擦層中碳化硅含量為50-80％，硅含量為20-50％；所述第二摩擦層中碳化硅含量為70-95％，硅含量為5-30％。
3.如權利要求1所述的具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，其特征在于，所述第一摩擦層包括粒徑為40-80微米的粗碳化硅和0.5-30微米的細碳化硅。
4.如權利要求3所述的具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，其特征在于，所述粗碳化硅和細碳化硅的體積比為1：1-10：1。
5.如權利要求1所述的具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，其特征在于，所述第二摩擦層包括粒徑為80-150微米的第二粗碳化硅和0.5-30微米的第二
6.如權利要求5所述的具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，其特征在于，所述第二粗碳化硅和第二細碳化硅的體積比為1：1-10：1。
7.一種具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤的制備方法，用于制備如權利要求1-6任一所述具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，其特征在于，包括如下步驟：
8.如權利要求7所述的具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤的制備方法，其特征在于，S2和S3步驟至少進行一次，使所述碳化體的密度達到1.25-1.45g/cm3。
9.如權利要求5所述的具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤的制備方法，其特征在于，所述第一摩擦層壓制粉末中碳化硅粒徑為40-80微米，碳化硅粉末含量為35-55vol％，酚醛粉末為45-65vol％。
10.如權利要求5所述的具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤的制備方法，其特征在于，所述第二摩擦層壓制粉末中碳化硅粒徑為80-150微米，碳化硅粉末含量為45-75vol％，酚醛粉末為25-55vol％。
...【技術特征摘要】
1.一種具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，其特征在于，所述碳陶剎車盤包括基體層和摩擦層，所述摩擦層包括第一摩擦層和第二摩擦層，所述第一摩擦層位于所述基體層和所述第二摩擦層之間；所述第一摩擦層的厚度為tfr1，碳化硅含量為vsic1，硅含量為vsi1；所述第二摩擦層的厚度為tfr2，碳化硅含量為vsic2，硅含量為vsi2，則第二摩擦層的厚度tfr2滿足如下公式：
2.如權利要求1所述的具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，其特征在于，所述第一摩擦層中碳化硅含量為50-80％，硅含量為20-50％；所述第二摩擦層中碳化硅含量為70-95％，硅含量為5-30％。
3.如權利要求1所述的具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，其特征在于，所述第一摩擦層包括粒徑為40-80微米的粗碳化硅和0.5-30微米的細碳化硅。
4.如權利要求3所述的具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，其特征在于，所述粗碳化硅和細碳化硅的體積比為1：1-10：1。
5.如權利要求1所述的具有雙層摩擦層的碳陶剎車盤，其特征在于，所述第二摩擦層包...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉松青，劉凱，
申請(專利權)人：深圳市佰斯倍新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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