改性C/SiC剎車材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于C/SiC剎車材料的制備方法，尤其涉及一種FeSi2改性C/SiC剎車材 料的制備方法，是一種采用FeSi75合金通過(guò)反應(yīng)熔體浸滲（RMI)法制備C/SiC-FeSi 2剎車 材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] C/SiC剎車材料，通常又稱為碳陶剎車材料，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫、剎車性能優(yōu) 異且對(duì)環(huán)境不敏感的特點(diǎn)，是繼粉末冶金剎車材料，C/C剎車材料之后的最新一代剎車材 料。
[0003] 文獻(xiàn) "Heidenreich B，Renz R，Krenkel W. Short fibre reinforced CMC materials for high performance brakes.4th International Conference on High Temperature Ceramic Matrix Composites(HT-CMC4)Proceedings. Germany :Wiley-VCH, 2001. 809 - 815. "公開(kāi)了 一種制備短切碳纖維C/SiC剎車材料的方 法，這種通過(guò)短切碳纖維、樹(shù)脂模壓成型，經(jīng)裂解，液硅浸滲（LSI)工藝獲得的C/SiC剎車材 料已經(jīng)成功用于保時(shí)捷（Porsche 911Turbo)、賓利、布加迪、蘭博基尼跑車和奧迪等高檔轎 車上。
[0004] 文獻(xiàn) "Fan S, Zhang L, Xu Y, et al. Microstructure and properties of 3D needle-punched carbon/silicon carbide brake materials[J]. Composites Science and Technology, 2007, 67(11) :2390-2398. "公開(kāi)了一種制備三維針刺C/SiC剎車材料的方 法，這種采用化學(xué)氣相滲透（CVI)結(jié)合LSI工藝制備的剎車材料，目前已在國(guó)內(nèi)部分飛機(jī)剎 車裝置中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。
[0005] 目前，C/SiC剎車材料的應(yīng)用還難以推廣，一方面是由于它生產(chǎn)成本高昂，另一方 面是由于采用LSI工藝制備的C/SiC剎車材料，其基體由C、Si和SiC脆性相組成，韌性低。 在剎車過(guò)程中，摩擦界面在應(yīng)力作用下易產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展，造成脆性破壞和剝落。這種剎 車材料適用于飛機(jī)剎車，是因?yàn)轱w機(jī)剎車采用盤-盤剎車結(jié)構(gòu)，在剎車過(guò)程中，因脆性破 壞和剝落產(chǎn)生的磨肩會(huì)殘留于盤/盤摩擦界面之間，在剎車壓力作用下形成穩(wěn)定的摩擦膜 (新的摩擦界面），從而阻止摩擦界面進(jìn)一步破壞，這時(shí)摩擦性能穩(wěn)定而且磨損率較??；而 高速列車和汽車剎車副是盤/片鉗式結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用C/SiC剎車材料進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，這種脆性破 壞和剝落會(huì)引起摩擦界面不斷被磨損，而且摩擦界面不穩(wěn)定，導(dǎo)致磨損率大而且摩擦系數(shù) 不穩(wěn)定，離散性大。
[0006] 中國(guó)專利（CN 102661342 A) "一種碳纖維增強(qiáng)陶瓷基汽車剎車片的制造方法"公 開(kāi)了一種采用Fe粉和Si粉的混合原料通過(guò)RMI法浸滲三維針刺C/C，制備C/C-SiC汽車剎 車片的方法。由于單質(zhì)Fe的熔點(diǎn)為1538°C，高于單質(zhì)Si的熔點(diǎn)1420°C，因此該種方法要 在比LSI工藝還要高的溫度下進(jìn)行浸滲，文中報(bào)導(dǎo)浸滲溫度為1500~1900°C。高溫浸滲往 往加劇熔體與C/C的反應(yīng)，影響到纖維的增強(qiáng)作用，此外，高溫下冷卻會(huì)在材料內(nèi)留下較大 的殘余應(yīng)力，加劇微裂紋的產(chǎn)生，影響到材料的力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0008] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種FeSi2改性C/SiC剎車材料的制 備方法，采用FeSi75合金，通過(guò)RMI法浸滲C/C，制備C/SiC-FeSi 2剎車材料的方法。
[0009] 技術(shù)方案
[0010] 一種FeSi2改性C/SiC剎車材料的制備方法，其特征在于步驟如下：
[0011] 步驟1 :將初始密度為1. 2~1. 7g/cm3的多孔C/C復(fù)合材料進(jìn)行超聲清洗；
[0012] 步驟2 :將支撐塊均勻立于石墨坩堝底，然后向坩堝內(nèi)均勻鋪上FeSi75合金粉，隨 后將粉料壓實(shí)，最后將C/C試樣置于支撐塊之上；所述支撐塊的上檐高于壓實(shí)后的合金粉 上表面為3~7mm ;所述合金粉的添加量為反應(yīng)熔體浸滲RMI前后試樣理論質(zhì)量增加值的 200%~400% ;所述支撐塊與多孔C/C復(fù)合材料相同的；
[0013] 步驟3 :將上述裝好的石墨坩堝置于高溫真空爐中，抽真空使?fàn)t內(nèi)壓力始終低于 50Pa，隨后以20~30°C /min的升溫速率加熱至1450~1600°C，保溫0. 5~2h，最后自然 冷卻至室溫，降溫速率為1~2°C /min ;獲得FeSi2改性的C/SiC剎車材料。
[0014] 所述多孔C/C復(fù)合材料采用CVI化學(xué)氣相滲透法制備三維針刺C/C復(fù)合材料。
[0015] 所述多孔C/C復(fù)合材料采用采用PIP聚合物浸漬、裂解法制備短切C/C復(fù)合材料。
[0016] 有益效果
[0017] 本發(fā)明提出的一種FeSi2改性C/SiC剎車材料的制備方法，F(xiàn)eSi 2作為合金相，其韌 性比SiC和Si相的高，可起到基體增韌的效果；其硬度和模量比SiC和Si小，可起到增強(qiáng)體 與基體之間的模量匹配效果，改善材料力學(xué)性能；其導(dǎo)熱性能也優(yōu)于SiC與Si，這將有利于 剎車材料的散熱；此外，F(xiàn)eSi 2在摩擦過(guò)程中產(chǎn)生的自潤(rùn)滑作用，可有效地降低磨損率，且改 善摩擦系數(shù)穩(wěn)定性。FeSi75合金粉代替Si粉進(jìn)行浸滲，又能大幅降低原材料成本（FeSi75 的市場(chǎng)價(jià)格5000-6000元/噸，Si的市場(chǎng)價(jià)格15000-20000元/噸），從而降低產(chǎn)品成本，推 動(dòng)碳陶剎車材料的應(yīng)用推廣。此外，F(xiàn)eSi75熔點(diǎn)約為1330°C，低于單質(zhì)Si的熔點(diǎn)1420°C， 因此可以在較低的溫度下用RMI法制備材料（純Si的浸滲溫度為1600~1800°C，F(xiàn)eSi75 的浸滲溫度為1450~1600°C )，既可減少?gòu)?fù)合材料內(nèi)部的殘余熱應(yīng)力以及由于熱應(yīng)力產(chǎn)生 的微裂紋，又能節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。
[0018] 本發(fā)明采用CVI結(jié)合RMI法，制備FeSi#^性的三維針刺C/SiC剎車材料。以 FeSi75合金粉作為RMI浸滲原料，經(jīng)過(guò)反應(yīng)熔體浸滲（RMI)工藝，制成？以1 2改性C/SiC剎 車材料。首先顯著降低了原料成本，其次降低了 RMI工藝溫度，最后，由于向C/SiC復(fù)合材 料中引入了 FeSi2ffl，提高了材料的強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能，改善了摩擦穩(wěn)定性，降低了磨損率。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是FeSi2改性C/SiC剎車材料制備工藝流程圖
[0020] 圖2是RMI裝樣示意圖
[0021] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中C/SiC-FeSi#j車材料XRD圖譜
[0022] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中C/SiC_FeSi2剎車材料表面SEM照片
[0023] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例2中剎車試環(huán)照片
【具體實(shí)施方式】
[0024] 現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：