【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于乘用車及軌道交通制動盤，具體涉及一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、目前，隨著碳陶制動盤的應(yīng)用越來越廣泛，更低成本、更優(yōu)性能的追求成為行業(yè)競爭的重中之重。
2、現(xiàn)階段國內(nèi)低成本的代表為短纖維模壓盤，但模壓盤因其力學(xué)性能的限制僅可應(yīng)用在一些使用工況不是特別惡劣的乘用車中，更無法應(yīng)用在軌道交通領(lǐng)域。而性能優(yōu)異的長纖維碳陶制動盤因其工藝過程繁瑣、生產(chǎn)周期長、加工難度大、材料利用率低等問題導(dǎo)致成本高居不下。加上現(xiàn)階段市場普遍更認(rèn)同和接受耐磨性、抗氧化性和外觀更優(yōu)的碳陶涂層制動盤，使得生產(chǎn)工藝更為復(fù)雜，成本更加難以下降。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中，長纖維碳陶涂層制動盤生產(chǎn)周期長、加工難度大和材料利用率低的問題，本專利技術(shù)的第一個目的在于提供一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤的制備方法。本專利技術(shù)的制備方法，可以大幅縮短生產(chǎn)周期、減少加工量和提升材料利用率來降低綜合成本，進(jìn)而提升產(chǎn)品的競爭力。
2、本專利技術(shù)的第二個目的在于提供上述制備方法所制備的碳陶涂層制動盤。
3、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
4、本專利技術(shù)一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤的制備方法，按一層碳布與一層碳纖維網(wǎng)胎交替鋪層的方式獲得碳布網(wǎng)胎復(fù)合層，控制碳布總層數(shù)為n層，碳纖維網(wǎng)胎總層數(shù)為m層，然后在碳布網(wǎng)胎復(fù)合層上雕刻圓形孔形成多孔碳布網(wǎng)胎復(fù)合層，同時將多孔碳布網(wǎng)胎復(fù)合層卷繞在棒狀模具上連續(xù)針刺制備多孔圓筒型預(yù)制體；
5、本專利技術(shù)的制備方法，沿多孔圓筒型預(yù)制體的軸向?qū)A筒型預(yù)制體分割成若干含通風(fēng)道的預(yù)制體盤，由于改變了纖維方向，因此一方面可以在預(yù)制體的制備過程中即進(jìn)行雕刻圓形孔以形成制動盤的風(fēng)道，大幅降低了后期需要將碳碳坯體或成品制動盤通過cnc開設(shè)風(fēng)道的成本，另一方面，由于風(fēng)道的存在與纖維方向的改變，可以大幅提升化學(xué)氣相沉積的沉積效率，并且提高化學(xué)氣相沉積的均勻性，此外為了彌補(bǔ)纖維方向的改變，本專利技術(shù)通過引入耐磨涂層，從而避免了因改變纖維方向而導(dǎo)致的碳陶制動盤不耐磨以及摩擦系數(shù)不穩(wěn)定的問題。
6、優(yōu)選的方案，所述n與m均為2-4，優(yōu)選為3。專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)，將碳布與碳纖維網(wǎng)胎的數(shù)量控制在2-4層的范圍內(nèi)，成本最低，且性能最優(yōu)，而若是層數(shù)過低生產(chǎn)加工時間大幅度增加，層數(shù)過多難保證針刺效果，易產(chǎn)生層間裂紋。
7、優(yōu)選的方案，對碳布網(wǎng)胎復(fù)合層上雕刻圓形孔時，控制所雕刻的圓孔大小一致，且碳布網(wǎng)胎復(fù)合層上的圓孔間距依據(jù)其在圓筒型預(yù)制體的位置隨直徑的擴(kuò)大而擴(kuò)大，以確保卷繞后位于圓筒型預(yù)制體中的同一半徑上的所有圓孔同軸線。
8、本專利技術(shù)的方案，在預(yù)制體鋪層階段即能進(jìn)行打孔，不僅大幅降低了打孔的難度與成本，而且進(jìn)一步的提升了化學(xué)氣相沉積的效率以及均勻性。
9、優(yōu)選的方案，雕刻圓形孔與連續(xù)針刺的過程同步進(jìn)行。
10、在實(shí)際操作過程中，取具有一定長度與寬度的n層碳布與m層碳纖維網(wǎng)胎，交替鋪層后形成碳布網(wǎng)胎復(fù)合層，然后一邊在碳布網(wǎng)胎復(fù)合層上雕刻圓孔，在雕刻過程中清理掉雕刻層，一邊將碳布網(wǎng)胎復(fù)合層中己經(jīng)具有雕刻完圓孔的部分卷繞并連續(xù)針刺。通過碳布網(wǎng)胎復(fù)合層雕刻圓形孔與預(yù)制體針刺的同步進(jìn)行，大幅提升了效率。
11、優(yōu)選的方案，所述圓筒型預(yù)制體中圓孔直徑為8～30mm，開孔率為1-10％。
12、在本專利技術(shù)中，圓筒預(yù)制體的圓孔直徑依據(jù)成品盤厚度、大小的要求，在上述直徑范圍內(nèi)來調(diào)節(jié)直徑。
13、優(yōu)選的方案，所述多孔碳布網(wǎng)胎復(fù)合層連續(xù)針刺后鋪展成平面的厚度為1.5-3.0mm。
14、優(yōu)選的方案，所述圓筒型預(yù)制體的密度為0.5-0.6g/cm3，優(yōu)選為0.53-0.57g/cm3。
15、將最終圓筒型預(yù)制體的密度控制在上述范圍內(nèi)，最終所得碳陶涂層制動盤的性能最優(yōu)，而若是密度低則纖維含量低，一般為使用的網(wǎng)胎面密度低則會導(dǎo)致層間強(qiáng)度不足，后續(xù)的沉積成本和時間也隨著增加；密度高則會導(dǎo)致預(yù)制體非常緊實(shí)，內(nèi)部孔隙不均勻，會使得氣相沉積過程中的碳源氣體碳利用率隨之降低。
16、在實(shí)際操作過程中，將圓筒型預(yù)制體按制動盤成品的厚度分割成預(yù)制體盤。
17、優(yōu)選的方案，所述圓筒型預(yù)制體先進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚龠M(jìn)行化學(xué)氣相沉積增密，所述高溫?zé)崽幚淼臏囟葹?700-2200℃，優(yōu)選為2000℃。在實(shí)際操作過程中，在保護(hù)氣氛下對預(yù)制體盤進(jìn)行高溫?zé)崽幚硐s質(zhì)、去除針刺應(yīng)力以及獲得更均勻的內(nèi)部孔隙。
18、優(yōu)選的方案，所述化學(xué)氣相沉積增密時，稀釋氣體為氮?dú)狻⑻荚礆怏w為天然氣，其中氮?dú)馀c天然氣的比例為1:1-4，優(yōu)選為1:2。
19、在本專利技術(shù)中，采用成本最低的天然氣作為碳源氣體，即能夠獲得很好的沉積效果，沉積均勻性高，效率高，時間短。
20、優(yōu)選的方案，所述化學(xué)氣相沉積的溫度為900℃-1100℃，優(yōu)選為1050-1100℃，所述化學(xué)氣相沉積的時間為120-150h。
21、在本專利技術(shù)中，僅需沉積120-150h即可獲得傳統(tǒng)方案下沉積時間為200h所達(dá)到的致密度。
22、預(yù)制體針刺方式改變后，沉積過程中的碳利用率由28％左右提升至35％左右，降低了碳源氣體的使用量，并同步減少了化學(xué)氣相沉積的時間；碳陶涂層制動盤的殘余動不平衡量由原來的0.5-6.0g·m波動改善至穩(wěn)定在3.0g·m以內(nèi)，沉積和熔滲的均勻性大幅度提升。
23、優(yōu)選的方案，所述碳碳坯體的密度為1.30-1.45g/cm3。
24、優(yōu)選的方案，所述碳涂層的設(shè)置過程為：將碳涂層原料粉末模壓進(jìn)碳碳坯體的端面，所述碳涂層原料粉末，按質(zhì)量份數(shù)計，組成如下：酚醛樹脂粉末30-50份、碳化硅混合粉30-50份、硅粉10-30份、炭黑3-5份；
25、所述碳化硅混合粉，按質(zhì)量份數(shù)計，組成如下：粒徑為60-200目的碳化硅粉a17-25份、粒徑為400-800目的碳化硅粉b10-17份、粒徑為1000-2000目的碳化硅粉c?3-8份。
26、本專利技術(shù)的碳涂層，通過以粉末的形式，模壓進(jìn)碳碳坯體的端面(用于摩擦的面)，碳涂層粉末原料中，采用不同粒徑碳化硅粉末搭配有利于穩(wěn)定摩擦系數(shù)，減少盤片的磨損，降低制動過程中抖動發(fā)生的概率；硅粉主要為提升熔滲過程中的效果，促進(jìn)陶瓷化的進(jìn)行；而所加入的炭黑相較于碳粉和石墨粉等具有更好的活性，也能夠促進(jìn)熔滲過程中的硅碳反應(yīng)，同時炭黑的成本更低廉。
27、進(jìn)一步的優(yōu)選，將碳涂層原料粉末模壓進(jìn)碳碳坯體的端面所形成碳碳涂層的厚度為1-3mm，優(yōu)選為1.5mm(成品加工后1.0mm)。
28、進(jìn)一步的優(yōu)選，所述碳涂層原料粉末，按質(zhì)量份數(shù)計，組成如下：酚醛樹脂粉末40份、碳化硅混合粉40份、硅本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤的制備方法，其特征在于：按一層碳布與一層碳纖維網(wǎng)胎交替鋪層的方式獲得碳布網(wǎng)胎復(fù)合層，控制碳布總層數(shù)為N層，碳纖維網(wǎng)胎總層數(shù)為M層，然后在碳布網(wǎng)胎復(fù)合層上雕刻圓形孔形成多孔碳布網(wǎng)胎復(fù)合層，同時將多孔碳布網(wǎng)胎復(fù)合層卷繞在棒狀模具上連續(xù)針刺制備多孔圓筒型預(yù)制體；沿多孔圓筒型預(yù)制體的軸向?qū)A筒型預(yù)制體分割成若干含通風(fēng)道的預(yù)制體盤，將含通風(fēng)道的預(yù)制體盤進(jìn)行化學(xué)氣相沉積增密獲得碳碳坯體，將碳碳坯體的端面設(shè)置碳涂層，即得碳碳涂層坯體，再將碳碳涂層坯體熔融滲硅即得碳陶涂層制動盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤的制備方法，其特征在于：所述N與M均為2-4。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤的制備方法，其特征在于：對碳布網(wǎng)胎復(fù)合層上雕刻圓形孔時，控制所雕刻的圓孔大小一致，且碳布網(wǎng)胎復(fù)合層上的圓孔間距依據(jù)其在圓筒型預(yù)制體的位置隨直徑的擴(kuò)大而擴(kuò)大，以確保卷繞后位于圓筒型預(yù)制體中的同一半徑上的所有圓孔同軸線；雕刻圓形孔與連續(xù)針刺的過程同步進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的
5.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤的制備方法，其特征在于：所述圓筒型預(yù)制體先進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚龠M(jìn)行化學(xué)氣相沉積增密，所述高溫?zé)崽幚淼臏囟葹?700-2200℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤的制備方法，其特征在于：所述化學(xué)氣相沉積增密時，稀釋氣體為氮?dú)狻⑻荚礆怏w為天然氣，其中氮?dú)馀c天然氣的比例為1:1-4，
7.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤的制備方法，其特征在于：所述碳涂層的設(shè)置過程為：將碳涂層原料粉末模壓進(jìn)碳碳坯體的端面，所述碳涂層原料粉末，按質(zhì)量份數(shù)計，組成如下：酚醛樹脂粉末30-50份、碳化硅混合粉30-50份、硅粉10-30份、炭黑3-5份；
8.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤的制備方法，其特征在于：
9.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤的制備方法，其特征在于：所述熔融滲硅的溫度為1600-1900℃，時間為1-4h，壓力為200Pa以下。
10.權(quán)利要求1-9任意一項所述的制備方法所制備的碳陶涂層制動盤。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤的制備方法，其特征在于：按一層碳布與一層碳纖維網(wǎng)胎交替鋪層的方式獲得碳布網(wǎng)胎復(fù)合層，控制碳布總層數(shù)為n層，碳纖維網(wǎng)胎總層數(shù)為m層，然后在碳布網(wǎng)胎復(fù)合層上雕刻圓形孔形成多孔碳布網(wǎng)胎復(fù)合層，同時將多孔碳布網(wǎng)胎復(fù)合層卷繞在棒狀模具上連續(xù)針刺制備多孔圓筒型預(yù)制體；沿多孔圓筒型預(yù)制體的軸向?qū)A筒型預(yù)制體分割成若干含通風(fēng)道的預(yù)制體盤，將含通風(fēng)道的預(yù)制體盤進(jìn)行化學(xué)氣相沉積增密獲得碳碳坯體，將碳碳坯體的端面設(shè)置碳涂層，即得碳碳涂層坯體，再將碳碳涂層坯體熔融滲硅即得碳陶涂層制動盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤的制備方法，其特征在于：所述n與m均為2-4。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤的制備方法，其特征在于：對碳布網(wǎng)胎復(fù)合層上雕刻圓形孔時，控制所雕刻的圓孔大小一致，且碳布網(wǎng)胎復(fù)合層上的圓孔間距依據(jù)其在圓筒型預(yù)制體的位置隨直徑的擴(kuò)大而擴(kuò)大，以確保卷繞后位于圓筒型預(yù)制體中的同一半徑上的所有圓孔同軸線；雕刻圓形孔與連續(xù)針刺的過程同步進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的一種凈尺寸低成本的碳陶涂層制動盤的制備方法，其特征在于...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳振宇，李金偉，胡旋，
申請(專利權(quán))人：湖南世鑫新材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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