【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及剎車盤制造，尤其涉及一種具有摩擦層的復合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。碳陶復合材料(即c/sic復合材料，包括碳碳滲硅改性的碳化硅復合材料，即c/c-sic復合材料，統一簡稱為碳陶復合材料)發展迅速，其應用已經大規模拓展到汽車剎車領域。相比于市場上現有的灰口鑄鐵剎車盤和碳碳復合材料剎車盤，碳陶復合材料剎車盤具有重量輕、高溫摩擦性能優良、耐磨損等優點。
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，由于摩擦層中碳化硅含量高，和碳陶基體之間猶豫熱膨脹系數差異會產生裂紋。目前工藝制備的摩擦層形成的裂紋間區域大小不均，切裂紋本身的寬度較寬，在進行磨損試驗時容易出現摩擦層的剝落。對此，提出一種具有摩擦層的復合剎車盤，針對摩擦層中相鄰裂紋圍成的區域大小以及裂紋寬度進行優化。
技術實現思路
1、本專利技術目的在于提供一種具有摩擦層的復合剎車盤，通過控制摩擦層中添加的碳化硅晶粒大小調整裂紋的密度和裂紋間隙大小，進一步提高剎車盤的綜合性能。
2、為達此目的，本專利技術提供一種具有摩擦層的復合剎車盤，所述具有摩擦層的復合剎車盤包括基體層和摩擦層，所述摩擦層設置在所述基體層外表面，所述摩擦層包括60-95
3、
4、其中，ρ＝n/l，n為任一方向長度l上經過裂紋數量，l為剎車盤的半徑，α為關系系數，取值為2-8中任意值。α可為整數也可取小數。
5、優選的，所述摩擦層中碳化硅包括第一碳化硅顆粒、第二碳化硅顆粒和第三碳化硅顆粒，所述第一碳化硅顆粒粒徑為80-120μm，所述第二碳化硅顆粒粒徑為5-30μm，所述第三碳化硅顆粒粒徑為5μm以下。
6、優選的，所述第一碳化硅顆粒含量為碳化硅含量的45-65％，所述第二碳化硅顆粒含量為碳化硅含量的20-40％，所述第三碳化硅顆粒含量為碳化硅含量的10-20％。
7、優選的，所述裂紋單元的平均面積為15-45mm2。
8、優選的，所述基體層包括30-50％的碳纖維，40-65％的碳化硅以及5-15％的硅。
9、本專利技術還提出一種具有摩擦層的復合剎車盤的制備方法，用于制備上述具有摩擦層的復合剎車盤，包括如下步驟：
10、s1：制備預定厚度的碳纖維預制體；
11、s2：將所述碳纖維預制體浸漬在40％的酚醛樹脂中，然后對碳纖維預制體進行干燥處理得到浸漬體；
12、s3：對所述浸漬體進行碳化處理得到碳化坯體，碳化溫度為800-1100℃，保溫4-6h；
13、s4：在碳化坯體上涂刷含有碳化硅粉的酚醛漿料，然后干燥處理得到第二坯體，所述第二坯體表面形成預制摩擦層，所述預制摩擦層厚度為1-3mm；
14、s5：將所述第二坯體在氮氣中進行低溫石墨化處理得到石墨化坯體；
15、s6：對所述石墨化坯體進行機械加工得到剎車盤坯體；
16、s7：將所述剎車盤坯體放入氮化硼坩堝中，然后放入高溫真空爐中進行滲硅處理得到硅化坯體，所述氮化硼坩堝中預先放入剎車盤坯體質量1.1倍的純硅粉，所述滲硅處理溫度為1600-1700℃，保溫時間為2-4h，爐膛壓力小于1000pa；
17、s8：對所述硅化坯體進行表面打磨和外輪廓尺寸加工得到所述具有摩擦層的復合剎車盤。
18、優選的，所述碳纖維預制體制備方法為：將碳纖維單向布和碳纖維網胎作為一個單元層進行堆疊，其中相鄰兩個單元層的碳纖維單向布的碳纖維方向呈90°夾角，堆疊一個單元后對樣品進行針刺，反復如上過程，得到所需厚度的碳纖維預制體，所述針刺密度為50-200針/cm2。
19、優選的，所述步驟s2和步驟s3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，所述酚醛漿料包括碳化硅顆粒濃度為10-30wt％，酚醛含量為5-25wt％，酒精為50-85wt％；碳化硅顆粒的粒徑范圍為20-150μm。
21、優選的，所述低溫石墨化處理溫度為1400-1800℃，保溫2h。
22、有益效果：本專利技術提供的具有摩擦層的復合剎車盤，針對滲硅結束冷卻時容易熱失配出現裂紋，根據生成的裂紋寬度和裂紋分布密度，形成最佳比值關系，為剎車盤的合格性提供了判斷標準，幫助生產過程中調整工藝參數來提高剎車盤的質量和性能。本專利技術還提出了控制摩擦層中添加的碳化硅晶粒大小和比例，可以調整裂紋的密度和裂紋間隙大小。當滲硅結束冷卻時，碳化硅顆粒越粗，摩擦層的力學性能較低，容易由于熱失配出現裂紋，因此形成的表面裂紋單元尺寸小，裂紋縫隙窄，在摩擦時磨屑不容易在裂紋縫隙處堆積，因此出現磨損剝落的情況大大降低，且粗碳化硅的耐磨性比細碳化硅的耐磨性好。但是只添加80-120微米粗碳化硅，初始碳化硅搭接點不足，碳化硅顆粒之間的粘接強度下降嚴重，又容易引起粗碳化硅顆粒的剝落，導致摩擦系數不穩定，磨損量增加。在80-120微米粗碳化硅中添加部分尺寸更小的5-30μm碳化硅，碳化硅顆粒之間的搭接點更多，在滲硅時碳和硅反應生成的碳化硅可以較好的將初始碳化硅連接在一起從而形成一定強度的碳化硅骨架，通過合理選擇不同粒徑的碳化硅顆粒，調配其比例，對于改善裂紋狀態、提高剎車盤的耐磨性具有重大意義。
23、本專利技術還提出一種具有摩擦層的復合剎車盤的制備方法，整個制備工藝制造方法簡單，采用低溫石墨轉化，工藝難度較低，容易規模化生產。
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1.一種具有摩擦層的復合剎車盤，其特征在于，所述具有摩擦層的復合剎車盤包括基體層和摩擦層，所述摩擦層設置在所述基體層外表面，所述摩擦層包括60-95％的碳化硅，5-40％的硅和0-5％的碳；所述摩擦層表面分布有不規則的裂紋，相鄰裂紋互相連通構成裂紋單元，所述裂紋單元在平面方向的平均最長距離為3-7mm，垂直于最長方向的裂紋單元平均寬度為2.5-6.5mm；所述摩擦層在剎車盤直徑的任一方向上具有的裂紋分布密度ρ，和裂紋的寬度w滿足如下公式：
2.如權利要求1所述的具有摩擦層的復合剎車盤，其特征在于，所述摩擦層中碳化硅包括第一碳化硅顆粒、第二碳化硅顆粒和第三碳化硅顆粒，所述第一碳化硅顆粒粒徑為80-120μm，所述第二碳化硅顆粒粒徑為5-30μm，所述第三碳化硅顆粒粒徑為5μm以下。
3.如權利要求2所述的具有摩擦層的復合剎車盤，其特征在于，所述第一碳化硅顆粒含量為碳化硅含量的45-65％，所述第二碳化硅顆粒含量為碳化硅含量的20-40％，所述第三碳化硅顆粒含量為碳化硅含量的10-20％。
4.如權利要求1所述的具有摩擦層的復合剎車盤，其特征在于，
5.如權利要求1所述的具有摩擦層的復合剎車盤，其特征在于，所述基體層包括30-50％的碳纖維，40-65％的碳化硅以及5-15％的硅。
6.一種具有摩擦層的復合剎車盤的制備方法，用于制備如權利要求1-5任一所述具有摩擦層的復合剎車盤，其特征在于，包括如下步驟：
7.如權利要求6所述的具有摩擦層的復合剎車盤的制備方法，其特征在于，所述碳纖維預制體制備方法為：將碳纖維單向布和碳纖維網胎作為一個單元層進行堆疊，其中相鄰兩個單元層的碳纖維單向布的碳纖維方向呈90°夾角，堆疊一個單元后對樣品進行針刺，反復如上過程，得到所需厚度的碳纖維預制體，所述針刺密度為50-200針/cm2。
8.如權利要求6所述的具有摩擦層的復合剎車盤的制備方法，其特征在于，所述步驟S2和步驟S3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6所述的具有摩擦層的復合剎車盤的制備方法，其特征在于，所述酚醛漿料包括碳化硅顆粒濃度為10-30wt％，酚醛含量為5-25wt％，酒精為50-85wt％；碳化硅顆粒的粒徑范圍為20-150μm。
10.如權利要求6所述的具有摩擦層的復合剎車盤的制備方法，其特征在于，所述低溫石墨化處理溫度為1400-1800℃，保溫2h。
...【技術特征摘要】
1.一種具有摩擦層的復合剎車盤，其特征在于，所述具有摩擦層的復合剎車盤包括基體層和摩擦層，所述摩擦層設置在所述基體層外表面，所述摩擦層包括60-95％的碳化硅，5-40％的硅和0-5％的碳；所述摩擦層表面分布有不規則的裂紋，相鄰裂紋互相連通構成裂紋單元，所述裂紋單元在平面方向的平均最長距離為3-7mm，垂直于最長方向的裂紋單元平均寬度為2.5-6.5mm；所述摩擦層在剎車盤直徑的任一方向上具有的裂紋分布密度ρ，和裂紋的寬度w滿足如下公式：
2.如權利要求1所述的具有摩擦層的復合剎車盤，其特征在于，所述摩擦層中碳化硅包括第一碳化硅顆粒、第二碳化硅顆粒和第三碳化硅顆粒，所述第一碳化硅顆粒粒徑為80-120μm，所述第二碳化硅顆粒粒徑為5-30μm，所述第三碳化硅顆粒粒徑為5μm以下。
3.如權利要求2所述的具有摩擦層的復合剎車盤，其特征在于，所述第一碳化硅顆粒含量為碳化硅含量的45-65％，所述第二碳化硅顆粒含量為碳化硅含量的20-40％，所述第三碳化硅顆粒含量為碳化硅含量的10-20％。
4.如權利要求1所述的具有摩擦層的復合剎車盤，其特征在于，所述裂紋單元的平均面積為15-45mm2。
5.如權利要求1所述的具有摩擦層的復合剎車...
【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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