【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種高強度短纖維碳陶制動盤及其制備方法，屬于碳陶復合材料的制備。
技術介紹
1、近年來，碳纖維增強碳基及碳化硅陶瓷基復合材料(簡稱：碳陶)由于具有耐磨、質輕以及耐高溫等優異性能，其可作為新一代制動領域的高性能摩擦材料而廣泛應用制動盤的制備。
2、碳陶制動盤預制體制備方法可分為兩大類：一是采用短纖維熱壓成型，二是采用長纖維針刺成型。由于短纖維熱壓成型方法制備周期短、節省原材料等優勢，國外多年前已出現相關碳陶制動盤產品，國內相關替代產品也已經進入市場。但是由于短纖維力學性能比長纖維損耗多，要想獲得較高性能的短碳纖維盤，短碳纖維盤中纖維含量比長纖維盤中會相對偏高。但纖維排布相對緊密、在高溫高壓下成型、熱固性樹脂容易交聯固化而導致流動性較差等原因，碳化后預制體中孔隙容易形成閉孔，制動盤盤體較厚，最后熔滲過程中硅蒸汽較難滲入碳碳預制體中，導致碳陶盤開孔率高，力學性能偏低。
技術實現思路
1、針對現有技術的問題，本專利技術的第一個目的在于提供一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，本專利技術的制備方法，通過添加部分熱塑性樹脂，熱塑性粉體在越高的溫度下流動性越好，形成網絡結構的樹脂通道，且熱塑性樹脂殘碳率低，經碳化后能形成網絡狀微開孔，促進熔滲，使得熔滲后產品開孔率低，強度比國外短纖維盤更高。
2、本專利技術的第二個目的在于提供上述制備方法所制備的一種高強度的短纖維碳陶制動盤。
3、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
4、本
5、所述混合料中，按質量百分計，包含如下組成：短碳纖維?35-65%，硅粉2-10%，碳源粉末1-6?%，熱固性樹脂粉30-45%，熱塑性樹脂粉1-7%。
6、本專利技術的制備方法，通過球磨充分研磨無機粉體促進粉體在碳纖維中分散更均勻，同時通過添加部分熱塑性樹脂，熱塑性粉體在越高的溫度下流動性越好，形成網絡結構的樹脂通道，且熱塑性樹脂殘碳率低，經碳化后能形成網絡狀微開孔，促進熔滲，使得熔滲后產品開孔率低，強度比國外短纖維盤更高。不過熱塑性樹脂的量需要控制在本專利技術的范圍內，若是過多，會引入較大的孔，導性滲硅填不滿孔隙，反而降低性能。
7、優選的方案，所述短碳纖維的長度為5-35mm。
8、優選的方案，所述硅粉的粒徑≤20μm，優選的為3-10μm。
9、優選的方案，所述碳源粉末的粒徑≤100μm，優選的為30-50μm。
10、優選的方案，所述熱塑性樹脂粉的粒徑≤100μm，優選的為40-60μm；
11、將各原料的粒徑控制在上述范圍內，最終所得短纖維碳陶制動盤的性能最優。
12、優選的方案，所述碳源粉末選自瀝青焦粉、石墨粉、石油焦粉、炭黑中的至少一種。
13、優選的方案，所述熱固性樹脂粉選自酚醛樹脂、呋喃樹脂粉、聚酰亞胺樹脂粉中的至少一種。上述優選樹脂均為高殘碳率樹脂。
14、優選的方案，所述熱塑性樹脂粉選自ldpe（低密度聚乙烯）粉、pp（聚丙烯）粉、eva（乙烯-醋酸乙烯共聚物）粉、ps（聚苯乙烯）粉中的至少一種。
15、優選的方案，所述短碳纖維、硅粉、碳源粉末均先經偶聯劑改性，所述偶聯劑的加入量為被改性物質質量的0.1-0.5wt%。通過將短碳纖維、硅粉、碳源粉末均采用硅烷偶聯劑進行改性可以改善短碳纖維、硅粉、碳源粉末在樹脂中的分散性、結合性以及相容性，使最終所得高強度短纖維碳陶制動盤的性能最優。
16、進一步的優選，所述偶聯劑選自kh550（γ-氨丙基三乙氧基硅烷）、kh560(γ-(2?,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)、kh570(γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)中的至少一種。
17、優選的方案，所述混合料的獲取過程為：先將碳源粉末、硅粉與偶聯劑球磨獲得改性硅碳粉，再將改性硅碳粉與熱固性樹脂粉、熱塑性樹脂粉混合，最后再加入經偶聯劑改性的短碳纖維進行混合即得。
18、專利技術人發現，先通過球磨充分研磨無機粉體獲得改性硅碳粉，隨后再按先加入樹脂粉末，再加入改性短碳纖維粉末的次序進行混合，可以促使粉體在碳纖維中分散更均勻，促進混合料更加均勻，最終所得高強度短纖維碳陶制動盤的性能最優。
19、進一步的優選，將碳源粉末、硅粉混合獲得無機粉末，將無機粉末加入含水解處理的偶聯劑的乙醇溶液中，球磨，干燥后獲得改性硅碳粉。
20、更進一步的優選，所述含水解處理的偶聯劑的乙醇溶液的獲取方法為：將偶聯劑加入水中水解獲得水解處理的偶聯劑，再加入乙醇即得。
21、專利技術人發現，先將碳源粉末、硅粉混合后，再加入含水解處理的偶聯劑的乙醇溶液共同球磨，經球磨充分混合完成后后，讓乙醇揮發干燥獲得改性硅碳粉再與樹脂粉混合，通過該優選的操作方式可以使無機粉末實現最充分的分散。
22、進一步的優選，所述球磨的轉速為100-200r/min，球磨的時間為0.5-2h。
23、進一步的優選，將短碳纖維與偶聯劑混合后干燥獲得經偶聯劑改性的短碳纖維。
24、優選的方案，所述混合料中，按質量百分計，包含如下組成：短碳纖維?40-60%，硅粉3-9%，碳源粉末2-5?%，熱固性樹脂粉36-44%，熱塑性樹脂粉2-6%。
25、進一步的優選，所述混合料中，按質量百分計，包含如下組成：短碳纖維?50-60%，硅粉3-6%，碳源粉末2-4?%，熱固性樹脂粉36-43%，熱塑性樹脂粉2-6%。
26、優選的方案，所述熱壓成型的壓力為0.1-15mpa，熱壓成型的溫度為150-210℃，熱壓成型的時間為30-60min。
27、通過將混合料置于模具中，于上述條件下固化使混合料成型獲得碳陶預制體。
28、優選的方案，所述碳化處理的溫度為800℃-950℃，保溫時間為2-4h；升溫速率≤30℃/h，優選為10℃/h-20℃/h；降溫速率≤60℃/h，優選為20℃-40℃/h。
29、優選的方案，所述滲硅陶瓷化處理采用蒸鍍滲硅，先將硅粉鋪設于碳陶坩堝中，然后再硅粉表面放置碳陶墊塊，再將經碳化處理的碳陶預制體置于碳陶墊塊的上方，通過碳陶墊片使硅粉與碳陶預制體分隔，所述碳陶墊塊的高度≤50mm，優選10mm-30mm。
30、在本專利技術中，對本專利技術的預制體采用蒸鍍滲硅，可以使最終陶瓷化后所得碳陶盤整體密度均勻，且避免如包埋法時未反應完的硅粉粘附在盤表面。
31、優選的方案，所述滲硅陶瓷化處理所用硅粉的量為經碳化處理的碳陶預制體重量的1.1-1.3倍。專利技術人發現，將硅粉的量控制在上述范圍內，碳陶預制體的性能最優，若過多會導致后期沒有足夠的碳形成碳化硅，影響性能。
32、本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：將短碳纖維、硅粉、碳源粉末、熱固性樹脂粉、熱塑性樹脂粉混合獲得混合料，然后將混合料熱壓成型獲得碳陶預制體，再將碳陶預制體依次進行碳化處理、滲硅陶瓷化處理即得高強度短纖維碳陶制動盤；
2.根據權利要求1所述的一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述短碳纖維的長度為5-35mm；
3.根據權利要求1或2所述的一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述短碳纖維、硅粉、碳源粉末均先經偶聯劑改性，所述偶聯劑的加入量為被改性物質質量的0.1-0.5wt%；
4.根據權利要求1或2所述的一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述混合料的獲取過程為：先將碳源粉末、硅粉與偶聯劑球磨獲得改性硅碳粉，再將改性硅碳粉與熱固性樹脂粉、熱塑性樹脂粉混合，最后再加入經偶聯劑改性的短碳纖維進行混合即得。
5.根據權利要求4所述的一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：將碳源粉末、硅粉混合獲得無機粉末，將無機粉末加入含水解處理的偶聯劑的乙醇溶液中，球磨，干燥后獲得改
6.根據權利要求1或2所述的一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述混合料中，按質量百分計，包含如下組成：短碳纖維?40-60%，硅粉3-9%，碳源粉末2-5%，熱固性樹脂粉36-44%，熱塑性樹脂粉2-6%。
7.根據權利要求1或2所述的一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述熱壓成型的壓力為0.1-15MPa，熱壓成型的溫度為150-210℃，熱壓成型的時間為30-60min。
8.根據權利要求1或2所述的一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述碳化處理的溫度為800℃-950℃，保溫時間為2-4h；升溫速率≤30℃/h，降溫速率≤60℃/h。
9.根據權利要求1或2所述的一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述滲硅陶瓷化處理采用蒸鍍滲硅，先將硅粉鋪設于碳陶坩堝中，然后再硅粉表面放置碳陶墊塊，再將經碳化處理的碳陶預制體置于碳陶墊塊的上方，通過碳陶墊片使硅粉與碳陶預制體分隔，所述碳陶墊塊的高度≤50mm；
10.根據權利要求1-9任意一項所述的制備方法所制備的一種具有高強度短纖維碳陶制動盤。
...【技術特征摘要】
1.一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：將短碳纖維、硅粉、碳源粉末、熱固性樹脂粉、熱塑性樹脂粉混合獲得混合料，然后將混合料熱壓成型獲得碳陶預制體，再將碳陶預制體依次進行碳化處理、滲硅陶瓷化處理即得高強度短纖維碳陶制動盤；
2.根據權利要求1所述的一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述短碳纖維的長度為5-35mm；
3.根據權利要求1或2所述的一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述短碳纖維、硅粉、碳源粉末均先經偶聯劑改性，所述偶聯劑的加入量為被改性物質質量的0.1-0.5wt%；
4.根據權利要求1或2所述的一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述混合料的獲取過程為：先將碳源粉末、硅粉與偶聯劑球磨獲得改性硅碳粉，再將改性硅碳粉與熱固性樹脂粉、熱塑性樹脂粉混合，最后再加入經偶聯劑改性的短碳纖維進行混合即得。
5.根據權利要求4所述的一種高強度短纖維碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：將碳源粉末、硅粉混合獲得無機粉末，將無機粉末加入含水解處理的偶聯劑的乙醇溶液中，球磨，干燥后獲得改性硅碳粉；
<...【專利技術屬性】
技術研發人員：黃彩霞，郭正波，李金偉，
申請(專利權)人：湖南世鑫新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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