合脂分散碳化鋯碳化硼-碳纖維摩擦材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種碳纖維和陶瓷材料復(fù)合的摩擦材料的制備方法，屬于復(fù)合材料制
備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]摩擦材料目前主要采用的是碳纖維和碳(C/C)復(fù)合材料，由于C/C復(fù)合材料的耐磨性能相對(duì)較低，人們正在尋求耐磨性能更高的摩擦材料的制備方法。另外，C/C復(fù)合材料在潮濕的環(huán)境中，它的摩擦性能會(huì)降低，給使用帶來嚴(yán)重的安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種能克服上述缺陷、實(shí)現(xiàn)制備更高強(qiáng)度、更高摩擦性能及適應(yīng)各種氣候條件的摩擦材料的制備方法。其技術(shù)方案為:
合脂分散碳化鋯碳化硼-碳纖維摩擦材料的制備方法是將密度為0.1-1.8 g/cm3石墨化的碳纖維毯進(jìn)行滲碳處理后進(jìn)行沉積碳化硼處理，再進(jìn)行合脂分散碳化鋯填充處理，再進(jìn)行埋入滲硅處理，然后在氮?dú)鈿夥罩械幚碇频煤现稚⑻蓟喬蓟?碳纖維摩擦材料，具體步驟如下:
(1)將密度為0.l~1.8g/cm3石墨化的碳纖維毯在900~1100°C溫度下通入丙烷氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，丙烷氣:氮?dú)獾哪柋葹?:4~6，流量控制在50~600ml/min，滲碳處理10-24小時(shí)獲得滲碳碳纖維毯；
(2)將上述滲碳碳纖維毯在900~1100°C溫度下通入三氯化硼、甲烷、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯化硼:甲烷:氫氣:氬氣的摩爾比為1:1~2:3~6:4~6，流量控制在50~6001111/min，沉積碳化硼處理10~24小時(shí)獲得沉積碳化硼碳纖維毯；
(3)將上述沉積碳化硼碳纖維毯浸入粒度小于0.3 μπι含量為5~20%碳化鋯的合脂漿料里，置于超聲波清洗器中填充碳化鋯處理30~50分鐘，取出干燥后制得填充碳化鋯碳纖維毯，其中合脂漿料為含合脂5~20%的乙醇溶液；
(4)將上述填充碳化鋯碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛中1500~1800°C的溫度下滲硅處理3~5小時(shí)制得滲硅碳纖維毯，其中，滲硅料為硅粉30~50%和直徑為0.5~3mm炭粒50-70%的混合物外加5~15%濃度為0.2-0.6%的聚乙烯醇水溶液均勻混合干燥后制得；
(5)將上述滲硅碳纖維毯在1350~1700°C的溫度下氮化處理10~24小時(shí)制得合脂分散碳化鋯碳化硼-碳纖維摩擦材料。
[0004]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)為:
1、本發(fā)明使用的碳纖維毯是石墨化的碳纖維毯，或石墨化的針刺碳纖維毯，或石墨化的編織碳纖維布，或石墨化的三維編織碳纖維織塊；
2、本發(fā)明制備的摩擦材料是由碳纖維和碳化硼、碳化鋯、氮化硅復(fù)合的一種高強(qiáng)度、高摩擦性能、適應(yīng)各種氣候條件下的摩擦材料；
3、通過滲碳、沉積碳化硼、填充碳化鋯、埋入滲硅及氮化等步驟實(shí)現(xiàn)摩擦材料的制備，滲碳和沉積碳化硼兩個(gè)步驟是為了保護(hù)碳纖維表面不受破壞而在碳纖維表面賦予的炭涂層和碳化硼涂層，因?yàn)樵跐B硅的過程中碳化硼涂層會(huì)阻擋硅蒸汽的滲入，碳化硼涂層一旦滲漏，滲碳涂層與硅蒸汽反應(yīng)生成碳化硅進(jìn)一步阻擋硅蒸汽，從而保護(hù)碳纖維表面不受破壞；
4、碳纖維毯具有很高的氣孔率，單靠滲碳和沉積碳化硼會(huì)需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到致密化，制造成本很高，采用填充碳化鋯和埋入滲硅的方法填充碳纖維毯的空隙就會(huì)非常方便，省時(shí)省力，同時(shí)填充碳化錯(cuò)能夠進(jìn)一步提高摩擦材料的耐磨性能；
5、本發(fā)明利用超聲波聲的作用在漿料中產(chǎn)生微泡，當(dāng)聲壓或者聲強(qiáng)達(dá)到一定程度時(shí)，微泡就會(huì)迅速膨脹，然后又突然閉合，微泡閉合的瞬間產(chǎn)生沖擊波，使微泡周圍產(chǎn)生約1012pa的壓力，將碳化鋯顆粒強(qiáng)制填充到沉積碳化硅碳纖維毯的空隙中，達(dá)到填隙的目的；
6、采用合脂漿料分散碳化鋯填充處理，可以有效提高碳化鋯顆粒懸浮性能，提高填充效率，當(dāng)合脂高溫炭化后形成的活性炭將碳化鋯顆粒包裹，在滲硅過程中與硅蒸汽反應(yīng)形成碳化硅，生成的碳化硅將碳化鋯顆粒牢固地結(jié)合在一起；
7、由于滲入的金屬硅熔點(diǎn)較低為1420°C左右，摩擦材料工作面的溫度瞬時(shí)可達(dá)近2000°C，將金屬硅氮化生成氮化硅，形成微孔結(jié)構(gòu)的摩擦材料，可以大幅度提高摩擦材料工作面的耐受溫度，提高摩擦材料的使用壽命。
【具體實(shí)施方式】
[0005]實(shí)施例1
(1)將密度為1.8g/cm3石墨化的碳纖維毯在900°C溫度下通入丙烷氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，丙燒氣:氮?dú)獾牡哪柋葹?:4，流量控制在50ml/min，滲碳處理24小時(shí)獲得滲碳碳纖維毯；
(2)將上述滲碳碳纖維毯在900°C溫度下通入三氯化硼、甲烷、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯化硼:甲烷:氫氣:氬氣的摩爾比為1:1:3:4，流量控制在50ml/min，沉積碳化硼處理24小時(shí)獲得沉積碳化硼碳纖維毯；
(3)將上述沉積碳化硼碳纖維毯浸入粒度小于0.3 μ m含量為5%碳化鋯的合脂漿料里，置于超聲波清洗器中填充碳化鋯處理50分鐘，取出干燥后制得填充碳化鋯碳纖維毯，合脂漿料為含合脂5%的乙醇溶液；
(4)將上述填充碳化鋯碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛中1500°C的溫度下滲硅5小時(shí)制得滲硅碳纖維毯，其中，滲硅料為硅粉30%和直徑為0.5mm炭粒70%外加5%濃度為0.2%的聚乙烯醇水溶液均勻混合后干燥制得；
(5)將上述滲硅碳纖維毯在1700°C的溫度下氮化處理10小時(shí)制得碳化鋯碳化硼-碳纖維摩擦材料。
[0006]實(shí)施例2
(1)將密度為0.8g/cm3石墨化的碳纖維毯在1000°C溫度下通入丙烷氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，丙烷氣:氮?dú)獾牡哪柋葹?:5，流量控制在350ml/min，滲碳處理18小時(shí)獲得滲碳碳纖維毯；
(2)將上述滲碳碳纖維毯在1000°C溫度下通入三氯化硼、甲烷、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯化硼:甲烷:氫氣:氬氣的摩爾比為1:1.5:4.5:5，流量控制在3501111/1^11，沉積碳化硼處理18小時(shí)獲得沉積碳化硼碳纖維毯；
(3)將上述沉積碳化硼碳纖維毯浸入粒度小于0.3 μπι含量為12%碳化鋯的合脂漿料里，置于超聲波清洗器中填充碳化鋯處理40分鐘，取出干燥后制得填充碳化鋯碳纖維毯，合脂漿料為含合脂12%的乙醇溶液；
(4)將上述填充碳化鋯碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛中1650°C的溫度下滲硅4小時(shí)制得滲硅碳纖維毯，其中，滲硅料為硅粉40%和直徑為2mm炭粒60%外加10%濃度為0.4%的聚乙烯醇水溶液均勻混合后干燥制得；
(5)將上述滲硅碳纖維毯在1550°C的溫度下氮化處理18小時(shí)制得碳化鋯碳化硼-碳纖維摩擦材料。
[0007]實(shí)施例3
(1)將密度為0.lg/cm3石墨化的碳纖維毯在1100°C溫度下通入丙烷氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，丙烷氣:氮?dú)獾牡哪柋葹?: 6，流量控制在600ml/min，滲碳處理10小時(shí)獲得滲碳碳纖維毯；
(2)將上述滲碳碳纖維毯在1100°C溫度下通入三氯化硼、甲烷、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯化硼:甲烷:氫氣:氬氣的摩爾比為1:2:6:6，流量控制在600 ml/min，沉積碳化硼處理10小時(shí)獲得沉積碳化硼碳纖維毯；
(3)將上述沉積碳化硼碳纖維毯浸入粒度小于0.3 μπι含量為20%碳化鋯的合脂漿料里，置于超聲波清洗器中填充碳化鋯處理30分鐘，取出干燥后制得填充碳化鋯碳纖維毯，合脂漿料為含合脂20%的乙醇溶液；
(4)將上述填充碳化鋯碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛中1800°C的溫度下滲硅3小時(shí)制得滲硅碳纖維毯，其中，滲硅料為硅粉50%和直徑為3mm炭粒50%外加15%濃度為
0.6%的聚乙烯醇水溶液均勻混合后干燥制得；
(5)將上述滲硅碳纖維毯在1350°C的溫度下氮化處理24小時(shí)制得碳化鋯碳化硼-碳纖維摩擦材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.合脂分散碳化鋯碳化硼-碳纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，將密度為.0.1-1.8g/cm3石墨化的碳纖維毯進(jìn)行滲碳處理后進(jìn)行沉積碳化硼處理，再進(jìn)行合脂分散碳化鋯填充處理，再進(jìn)行埋入滲硅處理，然后在氮?dú)鈿夥罩械幚碇频煤现稚⑻蓟喬蓟?碳纖維摩擦材料，具體步驟如下: (1)將密度為0.l~1.8g/cm3石墨化的碳纖維毯在900~1100°C溫度下通入丙烷氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，丙烷氣:氮?dú)獾哪柋葹?:4~6，流量控制在50~600ml/min，滲碳處理.10-24小時(shí)獲得滲碳碳纖維毯； (2)將上述滲碳碳纖維毯在900~1100°C溫度下通入三氯化硼、甲烷、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯化硼:甲烷:氫氣:氬氣的摩爾比為1:1~2:3~6:4~6，流量控制在50~6001111/min，沉積碳化硼處理10~24小時(shí)獲得沉積碳化硼碳纖維毯； (3)將上述沉積碳化硼碳纖維毯浸入粒度小于0.3 μπι含量為5~20%碳化鋯的合脂漿料里，置于超聲波清洗器中填充碳化鋯處理30~50分鐘，取出干燥后制得填充碳化鋯碳纖維毯，其中合脂漿料為含合脂5~20%的乙醇溶液； (4)將上述填充碳化鋯碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛中1500~1800°C的溫度下滲硅處理3~5小時(shí)制得滲硅碳纖維毯，其中，滲硅料為硅粉30~50%和直徑為0.5~3mm炭粒.50-70%的混合物外加5~15%濃度為0.2-0.6%的聚乙烯醇水溶液均勻混合干燥后制得； (5)將上述滲硅碳纖維毯在1350~1700°C的溫度下氮化處理10~24小時(shí)制得合脂分散碳化鋯碳化硼-碳纖維摩擦材料。
【專利摘要】合脂分散碳化鋯碳化硼-碳纖維摩擦材料的制備方法，其特征在于，將密度為0.1~1.8g/cm3石墨化的碳纖維毯進(jìn)行滲碳處理后進(jìn)行沉積碳化硼處理，再進(jìn)行合脂分散碳化鋯填充處理，再進(jìn)行埋入滲硅處理，然后在氮?dú)鈿夥罩械幚碇频煤现稚⑻蓟喬蓟?碳纖維摩擦材料。本發(fā)明是采用石墨化碳纖維毯通過滲碳、沉積碳化硅、填充碳化鋯、埋入滲硅及氮化等步驟實(shí)現(xiàn)摩擦材料的制備，所制備的摩擦材料高強(qiáng)度、高韌性、高摩擦性能，適應(yīng)各種氣候條件下的摩擦材料。
【IPC分類】C04B35/563, C04B35/622, C04B35/80, C04B35/65, C04B35/584, C04B35/56
【公開號(hào)】CN105418120
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610014366
【發(fā)明人】唐竹興
【申請(qǐng)人】山東理工大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2016年1月11日