【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種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、最初碳陶制動盤預制體主要用無緯布與網胎層疊層并逐層針刺制得。目前短纖維碳陶盤用熱壓成型方法制備，具有周期短、節省原材料等優勢，故廣泛受到關注。
3、目前短纖維碳陶盤主要有兩種種成型方式：1)如中國專利申請cn115849913a公開了一種用短纖維與粉狀樹脂直接混合的方式，由該方法制得的預制體能直接碳化后熔滲，工藝周期短，但樹脂粉難以與成束的碳纖維混合均勻，會使得性能偏低；2)如中國專利申請cn118324545?a公開了一種由短切碳纖維絲、分散劑和水混合，得到短切碳纖維絲漿料后進行壓濾成型的方式，但該方法碳化后密度低需要進行沉積增密，工藝周期長，耗能高，同時制備漿料過程中耗費大量水和分散劑，廢水處理成本高等問題。故高強度、工藝周期短、低能耗和低污染的碳陶盤將會受到市場歡迎，但是目前缺少一種能同時滿足上述要求的工藝。
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的問題，本專利技術的第一個目的是在于提供一種碳陶制動盤，該制動盤具有高密度和高強度等優勢，顯著提升了其應用前景。
2、本專利技術的第二個目的是在于提供一種碳陶制動盤的制備方法，利用開松處理和偶聯劑的作用充分實現了碳纖維和粉體材料在樹脂中的充分分散和緊密結合
3、為了實現上述技術目的，本專利技術提供了一種碳陶制動盤的制備方法，將方法包括以下步驟：
4、1)將碳纖維進行開松處理，得到開松后的碳纖維；
5、2)將偶聯劑與樹脂溶液混合后，再加入碳化硅和碳粉混合，得到混合漿料；
6、3)所述混合漿料和開松后的碳纖維混合均勻后，依次進行真空熱壓成型、碳化處理和陶瓷化處理，即得。
7、本專利技術將偶聯劑與樹脂溶液混合均勻后再加入粉體材料和開松后的碳纖維，通過偶聯劑改善了碳纖維與樹脂及粉體材料之間的界面結合，使得纖維和粉體在樹脂溶液中充分分散，同時樹脂溶液與碳纖維之間粘結能力強，而粉體與樹脂溶液之間結合能力強且分散均勻，且開松后的纖維間纏結多與樹脂結合后，在受到外力時能將力傳導到纖維上，由纖維承受外力，充分發揮碳纖維的優勢，有利于提高制動盤的均勻性和力學性能；而后采用真空熱壓的方式可以去除易揮發性的溶劑，使得預制體均勻密實，樹脂分散均勻碳化后則有利于形成通孔促進后續陶瓷化處理過程中的熔滲均勻。因而本專利技術得到的預制體只需要直接碳化和熔滲即可得到碳陶盤，不需要經過沉積增密，具有工藝周期短，耗能低，污染少，成本低。
8、作為一種優選的方案，所述混合過程中各組分的質量份為：碳纖維27.8～37.3份、碳化硅3～4.2份、碳粉5.6～9份、樹脂溶液50.7～61.1份和偶聯劑0.1～0.6份。本專利技術中碳纖維在碳陶制動盤中起到增強骨架的作用，它能夠承受制動過程中的巨大應力，提高制動盤的整體強度和抗變形能力，有助于保持制動盤的形狀穩定性，碳纖維的用量過低時會導致所制備的制動盤的力學性能降低，而其用量過高時，則與樹脂溶液難以混合均勻；少量碳化硅和炭粉則主要用于填充在碳纖維和樹脂溶液的空隙中，用于改善材料的致密性和高溫穩定性，其用量過高會影響制動盤的韌性；樹脂溶液在碳陶制動盤中起到粘結劑的作用，將碳纖維、碳化硅和碳粉等固體顆粒粘結在一起，形成一個整體的復合材料結構。微量的偶聯劑則可以有效改善碳纖維與樹脂及粉體材料之間的界面結合，使得纖維和粉體在樹脂溶液中充分分散，但其用量不宜過高，否則會在材料內部形成多余的物質堆積，影響材料的均勻性和性能。
9、作為一種優選的方案，所述碳纖維選用t700?12k、t700?24k和t700?36k碳纖維中的至少一種。本專利技術所選的碳纖維都具有高強度和高模量，能夠承受較大的應力和應變，能夠滿足制動盤的需求；同時所選的碳纖維的可加工性高，更易進行開松處理。
10、作為一種優選的方案，所述碳纖維由長度不同的碳纖維a和碳纖維b按照質量比為1:(1～3)組成；所述碳纖維a的長度為5～15mm；所述碳纖維b的長度為20～30mm。本專利技術通過選用兩種長短不同的碳纖維復合使用，其中短纖維能傾向于垂直盤面排布，將局部應力分散到周圍區域；而長碳纖維由于其較長的長度，可以在更大的范圍內傳遞應力，提高制動盤的受力能力和抗疲勞性能；此外，長短碳纖維的復合使用可以相互交織，能夠在多個方向上進行熱量傳導，提高材料的導熱性能。當碳纖維a的用量過高時，會導致纏結減少，材料的力學性能偏低。
11、作為一種優選的方案，所述開松處理的條件為：速度為50～100r/min，時間10～20min。如果開松速度過快，可能會導致纖維斷裂或表面損傷，從而降低碳纖維的強度和模量，而開松速度過慢或時間長則會增加生產周期和生產成本。而開松處理的時間會影響碳纖維的松解程度，開松時間過短時無法使碳纖維得到充分松解，后續則無法與樹脂溶液充分均勻分散。
12、作為一種優選的方案，所述偶聯劑為kh550、kh560和kh570中的至少一種。
13、作為一種優選的方案，所述樹脂溶液包括酚醛樹脂和呋喃樹脂中的至少一種樹脂。
14、作為一種優選的方案，所述樹脂溶液的固含量為40～60％。在本專利技術所選固含量范圍下既可以保證樹脂溶液具有一定的粘度實現與碳纖維的粘結，又能保證組分的分散均勻。本專利技術中樹脂溶液的溶劑為乙醇。
15、作為一種優選的方案，所述碳粉為瀝青焦粉、石墨粉、石油焦粉和炭黑中的至少一種。
16、作為一種優選的方案，所述碳粉的粒徑≤10um，進一步優選為1～3μm；所述碳化硅的粒徑≤10um，進一步優選為1～3μm。在本專利技術所選粒徑范圍內，炭粉和碳化硅可以充分與樹脂溶液及碳纖維混合。
17、作為一種優選的方案，所述真空熱壓成型的條件為：真空度為100～1000pa，壓力為0.1～15mpa，固化溫度為150～205℃，固化時間為1～2h。本專利技術真空熱壓成型主要是利用壓力將混合漿料均勻緊實并通過高溫去除漿料中的揮發性溶劑。真空成型過程中若不開真空或真空度大于1000pa時，會造成樹脂溢出嚴重，難以成型。
18、作為一種優選的方案，所述碳化處理的條件為：先以升溫速率≤30℃/h升溫至800～950℃保溫2～4h，再以降溫速率≤60℃/h進行降溫。進一步優選碳化處理的升溫速率為10～20℃/h，降溫速率為20～40℃/h。本專利技術中碳化處理的升溫速率需要進行控制，若升溫太快則會導致樹脂快速大量分解引起開裂現象。
19、作為一種優選的方案，所述陶瓷化處理采用蒸鍍滲硅的方式，蒸鍍滲硅的溫度為1400～1800℃，蒸鍍滲硅的時間為1～3h，蒸鍍滲硅完成后，控制降溫速率≤80℃/h。進一步優選降溫速率為40～7本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述混合過程中各組分的質量份為：碳纖維27.8～37.3份、碳化硅3～4.2份、碳粉5.6～9份、樹脂溶液50.7～61.1份和偶聯劑0.1～0.6份。
3.根據權利要求2所述的一種碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：
4.根據權利要求1所述的一種碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述開松處理的條件為：速度為50～100r/min，時間10～20min。
5.根據權利要求1～4任一項所述的一種碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述偶聯劑為KH550、KH560和KH570中的至少一種；
6.根據權利要求5所述的一種碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述碳粉的粒徑≤10um；所述碳化硅的粒徑≤10um。
7.根據權利要求1所述的一種碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：
8.根據權利要求7所述的一種碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述陶瓷化處理采用蒸鍍滲硅的方式，蒸鍍滲硅的溫度為140
9.根據權利要求8所述的一種碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述蒸鍍滲硅的過程為：在碳陶坩堝中鋪設熔滲介質硅粉，再依次放入碳陶隔離墊塊和碳化后的碳/碳復合材料盤體；所述碳陶墊塊的高度為10～30mm。
10.權利要求1～9任一項所述的一種碳陶制動盤，其特征在于：密度為2.05～2.22g/cm3，彎曲強度大于66MPa。
...【技術特征摘要】
1.一種碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述混合過程中各組分的質量份為：碳纖維27.8～37.3份、碳化硅3～4.2份、碳粉5.6～9份、樹脂溶液50.7～61.1份和偶聯劑0.1～0.6份。
3.根據權利要求2所述的一種碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：
4.根據權利要求1所述的一種碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述開松處理的條件為：速度為50～100r/min，時間10～20min。
5.根據權利要求1～4任一項所述的一種碳陶制動盤的制備方法，其特征在于：所述偶聯劑為kh550、kh560和kh570中的至少一種；
6.根據權利要求5所述的一種碳陶制動盤的制備...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭正波，黃彩霞，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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