專利名稱：包含分散于其中的金屬碳化物顆粒的碳復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及摩擦系數(shù)大、熱穩(wěn)定性高并且耐磨的碳復(fù)合材料。本發(fā)明還涉及這種碳復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
碳材料與碳纖維結(jié)合可制備復(fù)合材料。已知此種方法能有效地改善碳材料的性能。例如，包含高強(qiáng)度碳纖維的碳纖維/碳復(fù)合材料被稱為CC復(fù)合材料。與傳統(tǒng)的金屬材料相比，這種復(fù)合材料具有優(yōu)異的比強(qiáng)度(即，強(qiáng)度/密度)，因而其在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛。例如，這樣的CC復(fù)合材料被用于車輛和飛行器的制動墊片。
已經(jīng)嘗試了各種通過在碳材料中分散第二相顆粒來制備增強(qiáng)碳復(fù)合材料的技術(shù)。盡管分散顆粒的添加改善了復(fù)合材料的耐磨性，但是添加的顆粒有時會成為材料中的斷裂源，并且不利地使材料的強(qiáng)度降低。因此，為了通過加入第二相顆粒以使碳材料的強(qiáng)度和耐磨性均得到改善，必須能以所需量添加精細(xì)的第二相顆粒，而不降低材料的強(qiáng)度。為了達(dá)到令人滿意的強(qiáng)度，必須添加平均粒徑為1μm或更小的精細(xì)的第二相顆粒。因而具有碳基體的第二相顆粒是合適的。這樣的顆粒的例子包括高純度金屬碳化物，諸如碳化鎢、碳化鈦和碳化硅，它們在制備指定的元件的工藝中保持穩(wěn)定而不變性。
然而，以低成本的方式來制備高純度金屬碳化物的精細(xì)顆粒具有很大的技術(shù)難度。隨著金屬氧化物顆粒的直徑越來越小，團(tuán)聚和其他行為導(dǎo)致顆粒在具有碳基體相的材料中的分散變得越來越難。因此，在技術(shù)上難以將這樣的顆粒均勻地結(jié)合到具有碳基體相的材料中。在制備具有很大比表面積的精細(xì)顆粒的制備工藝過程中，這樣的顆粒的表面容易被氧化。因此，實際上不可能制備由碳材料和高純度金屬碳化物精細(xì)顆粒組成的復(fù)合材料。
日本專利公開特開平No.11-130537公開了制備包含分散于其中的平均粒徑為1μm或更小的增強(qiáng)金屬碳化物顆粒的碳復(fù)合材料的方法，其中，具有碳基體相的起始粉末材料預(yù)先與至少一種金屬氧化物混合，該混合物被成型然后煅燒，用瀝青浸漬煅燒產(chǎn)物，之后再次煅燒。該方法旨在以高效和低成本的方式來制備包含分散于其中的增強(qiáng)、高純、精細(xì)的金屬碳化物的顆粒的碳復(fù)合材料。
日本專利公開特開平No.11-217267公開了制備二維纖維增強(qiáng)碳化硅-碳復(fù)合陶瓷的方法，該方法包括使包含硅粉末、作為碳源的樹脂和二維纖維增強(qiáng)材料的成形產(chǎn)物形成期望的形狀；在惰性氣氛中在900℃至1300℃下碳化該成形產(chǎn)物；用樹脂浸漬所得產(chǎn)物，在惰性氣氛中在900℃至1300℃下對已浸漬的材料進(jìn)行再燒結(jié)；重復(fù)上述樹脂浸漬和燒結(jié)步驟；最后在惰性氣氛中在約1350℃至1500℃下燒結(jié)該材料。該方法旨在通過用樹脂浸漬陶瓷以及反應(yīng)燒結(jié)法來容易地制備盡管孔隙率高但是具有高強(qiáng)度和復(fù)雜形狀的二維纖維增強(qiáng)碳化硅-碳復(fù)合陶瓷。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)日本專利公開特開平No.11-130537中公開的方法，粉狀金屬氧化物與粉狀碳混合，并且生成的金屬氧化物的分散能力不足。因此，在金屬氧化物附近提供的碳量不夠，并且金屬氧化物與碳之間的反應(yīng)進(jìn)行得不充分。
根據(jù)日本專利公開特開平No.11-217267中公開的方法，SiC是通過金屬硅與碳之間的直接反應(yīng)而生成的。因而不利地殘留未反應(yīng)的金屬硅作為游離的金屬硅。
本發(fā)明的目的是提供摩擦系數(shù)大、熱穩(wěn)定性高并且耐磨的碳復(fù)合材料，并且提供制備這樣的碳復(fù)合材料的方法。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，上述目的可通過將給定的金屬源與碳源結(jié)合并在原位生成金屬碳化物的顆粒來實現(xiàn)。這導(dǎo)致了本發(fā)明的完成。
具體地，本發(fā)明的第一方面涉及碳復(fù)合材料，所述碳復(fù)合材料包含分散在碳、碳纖維或碳/碳纖維基體中的金屬碳化物顆粒且不含游離金屬顆粒，其中金屬碳化物顆粒在至少顆粒表面上或整個顆粒中為金屬碳化物，由金屬源(即選自金屬顆粒、金屬氧化物顆粒和復(fù)合金屬氧化物顆粒中的至少一種)和碳源(即熱固性樹脂)在原位合成。
碳復(fù)合材料中原位合成的金屬碳化物顆粒、金屬氧化物或復(fù)合金屬氧化物的平均粒徑并無具體限制。例如，可為2μm至5μm。金屬碳化物顆粒、金屬氧化物或復(fù)合金屬氧化物的形狀并無具體限制。例如，這樣的顆粒的形狀可為近似球形或非球形。
優(yōu)選地，金屬源選自例如Si、Ti、Zr、Al、W、Cr和Zn的金屬顆粒中的至少一種。這些金屬顆?？梢员谎趸缘玫絊iO2、TiO2、ZrO2、Al2O3、WO3、CrO3和ZnO顆粒，選自其中的至少一種金屬氧化物顆?；驈?fù)合金屬氧化物顆粒也優(yōu)選用作金屬源。
更具體地，優(yōu)選地，作為金屬源的金屬氧化物顆粒為SiO2顆粒，并且由此生成的金屬碳化物顆粒為SiC顆粒。SiO2顆粒的優(yōu)選例子包括通過金屬硅與氧之間的反應(yīng)得到的球形二氧化硅顆粒、通過熔解破碎的二氧化硅而得到的球形二氧化硅顆粒、以及破碎的二氧化硅顆粒。而且，優(yōu)選地，作為金屬源的復(fù)合金屬氧化物顆粒為SiO2/ZrO2復(fù)合金屬氧化物，并且由此生成的金屬碳化物顆粒為SiC/ZrC復(fù)合碳化物顆粒。
本發(fā)明的第二方面涉及制備包含分散于其中的金屬碳化物顆粒的碳復(fù)合材料的方法，其中金屬顆粒、金屬氧化物顆粒和復(fù)合金屬氧化物顆粒中的至少一種被分散在熱固性樹脂中，以得到漿液混合物，用該漿液混合物浸漬碳纖維，并且進(jìn)行碳化以原位合成金屬碳化物(至少顆粒表面或整個顆粒為金屬碳化物)，然后進(jìn)行煅燒。
圖1示出了制備包含分散于其中的金屬碳化物顆粒的碳復(fù)合材料的一個實施例的流程圖。
如同本發(fā)明的第一方面，例如，優(yōu)選使用至少一個選自Si、Ti、Zr、Al、W、Cr和Zn的金屬顆粒的金屬源。而且，這些金屬顆?？梢员谎趸缘玫絊iO2、TiO2、ZrO2、Al2O3、WO3、CrO3和ZnO顆粒，選自其中的至少一種金屬氧化物顆粒或復(fù)合金屬氧化物顆粒也優(yōu)選用作金屬源。
更具體地，優(yōu)選地，作為金屬源的金屬氧化物顆粒為SiO2顆粒，并且由此生成的金屬碳化物顆粒為SiC顆粒。優(yōu)選地，SiO2顆粒的例子包括通過金屬硅與氧之間的反應(yīng)得到的球形二氧化硅顆粒、通過熔解破碎的二氧化硅而得到的球形二氧化硅顆粒、以及破碎的二氧化硅顆粒。
對作為碳源的熱固性樹脂并無具體限制。例如，可以使用的熱固性樹脂例如為酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、脲醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂、硅酮樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、聚酰胺-雙馬來酰亞胺樹脂、或聚雙酰胺三唑樹脂，或由這些樹脂中的兩種或多種組成的熱固性樹脂。特別優(yōu)選具有高碳含量的酚醛樹脂。
在本發(fā)明中，對于制備漿液混合物的方法并無具體限制，所述漿液混合物包含至少一種分散在作為碳源的熱固性樹脂中的選自金屬顆粒、金屬氧化物顆粒和復(fù)合金屬氧化物顆粒的金屬源。為了得到具有良好分散條件的穩(wěn)定的漿液混合物，優(yōu)選向漿液混合物中添加分散穩(wěn)定劑，或者優(yōu)選用表面活性劑處理作為金屬源的顆粒。
由于漿液混合物是包含金屬氧化物顆粒和并入酚醛樹脂溶液的分散劑的溶液，分散劑的使用可使金屬氧化物均勻分散在酚醛樹脂中。金屬氧化物的均勻分散可使碳以反應(yīng)所需的量存在，從而實現(xiàn)有效反應(yīng)。
在本發(fā)明中，在浸漬步驟之后、碳化步驟之前，通過層壓浸漬產(chǎn)物來進(jìn)行熱壓結(jié)合步驟。因而，可以得到具有給定厚度和強(qiáng)度的碳復(fù)合材料。
在本發(fā)明中，出于制備高密度的金屬碳化物的考慮，優(yōu)選進(jìn)行兩次或更多次的用漿液混合物來浸漬碳纖維材料的步驟，所述漿液混合物包含分散在作為碳源的熱固性樹脂中的作為金屬源的顆粒。例如，在通過煅燒工藝來原位制備金屬碳化物顆粒之前，作為金屬源的顆粒被分散在熱固性樹脂中以得到漿液混合物，并且用該漿液混合物浸漬碳纖維以使其碳化。此過程進(jìn)行兩次或多次?；蛘?，在通過煅燒工藝原位制備金屬碳化物顆粒之后，作為金屬源的顆粒被分散在熱固性樹脂中以得到漿液混合物，并且用該漿液混合物浸漬碳纖維以使其碳化。此過程被重復(fù)一次或多次。
通過在煅燒過程中使二氧化硅與碳反應(yīng)來生成碳化硅的反應(yīng)是固-氣反應(yīng)。由于一氧化硅與碳在氣相中反應(yīng)，因此為了制備碳化硅顆粒，使二氧化硅顆粒被碳完全覆蓋而不留下任何間隙是重要的。在復(fù)合材料成型之后，通過在500℃或更高的溫度下加熱，將酚醛樹脂碳化，并且使其收縮。因而，形成了間隙。一氧化硅氣體從該間隙泄漏，形成碳化硅顆粒的可能性減小。在煅燒步驟之前，用液態(tài)酚醛樹脂浸漬成形產(chǎn)物，然后再進(jìn)行煅燒，二氧化硅顆粒完全被碳覆蓋而不留下任何間隙。因此，生成了碳化硅顆粒。
在本發(fā)明中，碳化在惰性氣氛中，在200℃至1600℃、優(yōu)選雜500℃至1000℃下進(jìn)行。煅燒是在熱固性樹脂在惰性氣氛中熱分解并且成為碳源的溫度下進(jìn)行的，例如1650℃或更高。
本發(fā)明的第三方面涉及包含前述碳復(fù)合材料的摩擦材料。利用碳復(fù)合材料的特性(諸如高摩擦系數(shù)、高熱穩(wěn)定性和耐磨性)，這樣的摩擦材料可用于各類應(yīng)用。這種材料的特別有效的應(yīng)用是例如車輛和飛行器的制動盤和/或制動墊材料。
本發(fā)明的碳復(fù)合材料具有諸如摩擦系數(shù)大、熱穩(wěn)定性高、耐磨損和重量輕的特性。


圖1示出了制備本發(fā)明的碳復(fù)合材料的工藝的流程圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明成型的測試樣品的次級電子圖像；圖3示出了經(jīng)歷成型、碳化、然后立即煅燒的碳化硅的次級電子圖像；圖4示出了經(jīng)歷成型、碳化、用酚醛樹脂再浸漬、再次碳化以及煅燒的經(jīng)處理的測試樣品中的顆粒形態(tài)；圖5示出了包含原位合成的SiC的樣品的TEM圖像；圖6示出了包含與其混合的SiC的樣品的TEM圖像；圖7示出了與圖5相同的包含原位合成的SiC的樣品的TEM圖像；圖8示出了圖7中的A和B位置處的EDX定性分析結(jié)果；圖9示出了圖7中的C和D位置處的EDX定性分析結(jié)果；
圖10示出了與圖6相同的包含與其混合的SiC的樣品的TEM圖像；圖11示出了圖10中的A到C位置處的EDX定性分析結(jié)果。
具體實施例方式
以下參照包含氧化硅(即二氧化硅SiO2)作為金屬源的碳復(fù)合材料的實施例對本發(fā)明進(jìn)行描述。
傳統(tǒng)技術(shù)是以金屬(Si)與碳(C)的直接反應(yīng)為基礎(chǔ)。然而在本發(fā)明中，通過下列分步反應(yīng)(1)和(2)反應(yīng)來生成氣相SiO，然后SiO與碳(C)反應(yīng)以生成SiC。
(1)(2)二氧化硅與碳反應(yīng)生成碳化硅的反應(yīng)是固-氣反應(yīng)，用碳完全覆蓋二氧化硅顆粒而不留下任何間隙對于生產(chǎn)碳化硅顆粒來說是十分關(guān)鍵的。
合并式(1)所示的反應(yīng)與式(2)所示的反應(yīng)，得到式(3)所示的反應(yīng)(3)因此，使用金屬氧化物(SiO2)原位生成了金屬碳化物SiC。
有利的是，這樣的反應(yīng)不涉及游離金屬，并且不存在游離金屬。因此，呈現(xiàn)出高摩擦系數(shù)和高熱穩(wěn)定性。通過調(diào)節(jié)SiO2的量和形態(tài)，可以對生成的SiC的量、形態(tài)、粒徑等進(jìn)行隨意的調(diào)節(jié)。使用Admatechs有限公司出售的球形SiO2，可以在碳-碳纖維復(fù)合材料(CC復(fù)合材料)中原位合成球形SiC。
本發(fā)明包括使用包含單分散在熱固性樹脂前體(諸如酚醛樹脂)溶液中而不團(tuán)聚的SiO2顆粒的均相分散體系。因此，通過進(jìn)行涂層來覆蓋由熱固性樹脂前體生成的SiO2顆粒的表面。這可以防止增強(qiáng)材料(即碳纖維)與SiO2之間的反應(yīng)。因此，材料的強(qiáng)度不會由于碳纖維受損而降低，并且本發(fā)明的復(fù)合材料在強(qiáng)度方面優(yōu)于傳統(tǒng)的復(fù)合材料。
更具體地，本發(fā)明的特點總結(jié)如下(1)使用包含單分散在熱固性樹脂前體溶液中的SiO2顆粒的穩(wěn)定漿液；(2)使用熱固性樹脂前體、SiO2和碳纖維作為起始物料；(3)選擇性地在原位進(jìn)行SiO2與由熱固性樹脂前體生成的碳的反應(yīng)，并且防止SiO2與碳纖維的反應(yīng)；(4)通過形成擴(kuò)散反應(yīng)相使SiC與碳基體相牢固結(jié)合；(5)所生成的SiC顆粒的均勻分散；(6)不含游離Si顆粒的SiC/碳/碳纖維復(fù)合材料。
以下通過電子顯微圖像來描述本發(fā)明的碳復(fù)合材料。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明成型的測試樣品的次級電子圖像。在圖2中，顆粒物質(zhì)是生成的金屬碳化物。在使金屬氧化物與碳反應(yīng)以生成金屬碳化物的工藝中，重要的是將足夠量的碳置于金屬氧化物顆粒附近而不引起金屬氧化物團(tuán)聚。根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)，當(dāng)金屬氧化物和碳均為粉末時，有些金屬氧化物發(fā)生團(tuán)聚是不可避免的。然而根據(jù)本發(fā)明，通過在酚醛樹脂溶液中加入金屬氧化物顆粒和分散劑，實現(xiàn)了金屬氧化物在碳中的均勻分散。
二氧化硅顆粒與碳反應(yīng)生成碳化硅的反應(yīng)是固-氣反應(yīng)。為了生成碳化硅顆粒，二氧化硅顆粒周圍必須用碳完全覆蓋而不留下任何間隙。圖3示出了碳化硅的次級電子圖像，其中碳化硅是通過如下方法制備將金屬氧化物顆粒分散于酚醛樹脂溶液中，然后進(jìn)行成型和碳化，之后立即進(jìn)行煅燒。經(jīng)過用酚醛樹脂浸漬和碳化的單次操作，生成的碳化硅具有1μm或更小的粒徑。
圖4示出了經(jīng)處理的測試樣品中的顆粒形態(tài)，其中測試樣品通過如下方法來制備將類似于圖3的溶液成型、碳化、用酚醛樹脂再次浸漬、再次碳化以在二氧化硅顆粒周圍提供足夠量的碳、然后煅燒。從圖4可看出，通過在煅燒之前用酚醛樹脂對測試樣品進(jìn)行浸漬和碳化兩次，所生成的球形碳化硅顆粒具有2μm至5μm的直徑。
本發(fā)明所用的金屬氧化物可以根據(jù)例如與碳材料的反應(yīng)性或碳復(fù)合材料的應(yīng)用來選擇，并無具體限制。金屬氧化物的例子包括氧化鈦、氧化鉻、氧化鎢、氧化鈮、氧化硅、氧化鋯、氧化鉿、氧化鉭、氧化鉬和氧化釩。
可以使用通過氧化金屬粉末所得的金屬氧化物顆粒和復(fù)合金屬氧化物顆粒。例如，優(yōu)選使用硅、鋁、鋯、多鋁紅柱石、尖晶石和氧化鋅中的任意一種。特別優(yōu)選使用的是通過金屬硅與氧反應(yīng)得到的球形二氧化硅顆粒；通過熔解破碎的二氧化硅而得到的球形二氧化硅顆粒；選自破碎的二氧化硅產(chǎn)物的二氧化硅顆粒；通過金屬鋁與氧反應(yīng)得到的球形氧化鋁顆粒；通過熔解破碎的氧化鋁而得到的球形氧化鋁顆粒；以及選自破碎的氧化鋁產(chǎn)物的氧化鋁顆粒。
以下述方式來制備由燒結(jié)金屬得到的金屬氧化物顆粒在含有載氣和氧的氣氛中形成化學(xué)火焰；將金屬粉末混合物(例如，諸如硅、鋁、鎂、鋯或鈦的金屬粉末、在多鋁紅柱石組合物中混合的鋁和硅粉末、在尖晶石組合物中混合的鎂和鋁粉末、以及在堇青石組合物中混合的鋁、鎂和硅粉末)引入所述化學(xué)火焰；然后在所述化學(xué)火焰中生成所需的金屬氧化物或復(fù)合金屬氧化物(諸如二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)或氧化鋯(ZrO2))的精細(xì)顆粒。這樣的金屬氧化物顆粒由Admatechs有限公司制造并出售。
實施例使用1)平均粒徑為3μm的二氧化硅顆粒和2)液體酚醛樹脂作為起始物料。二氧化硅顆粒連同分散劑一起被引入液體酚醛樹脂，以將其濃度調(diào)節(jié)為至少3∶1的C∶Si比(摩爾比)。在此實施例中，二氧化硅顆粒在9∶1的C∶Si摩爾比下被混合。
用上文所述的漿液浸漬碳板，然后通過加熱而成型。成型之后，在電子顯微鏡下觀察二氧化硅顆粒的分散狀態(tài)，得到如圖2所示的圖像。
在1000℃下在惰性氣氛中對成型產(chǎn)物進(jìn)行碳化。
在真空容器中用酚醛樹脂再次浸漬碳板，然后再次碳化。然后，在1650℃下在惰性氣氛中對成型產(chǎn)物進(jìn)行煅燒。在電子顯微鏡下觀察所得的測試樣品的顆粒形狀。同時對測試樣品進(jìn)行X射線衍射分析并確認(rèn)其為碳化硅。圖4示出了電子顯微圖像。
原位合成SiC與簡單添加SiC的比較在本發(fā)明中，碳復(fù)合材料中所含的SiC顆粒是在煅燒期間通過二氧化硅顆粒與碳之間的原位反應(yīng)來合成的。將原位生成的SiC與碳的界面與通過簡單混合SiC而制備的SiC/C/C復(fù)合材料進(jìn)行比較，從而評價原位反應(yīng)的作用。
TEM圖像比較通過將球形二氧化硅顆粒(平均粒徑3μm)與酚醛樹脂混合、固化該混合物以防止起泡然后在1750℃下煅燒該固化產(chǎn)物2小時，得到包含由原位反應(yīng)生成的SiC的樣品。通過將SiC顆粒(平均粒徑2至3μm)與酚醛樹脂混合、固化該混合物以防止起泡然后在1750℃下煅燒該固化產(chǎn)物2小時，得到經(jīng)由簡單混合而包含SiC的樣品。
用TEM觀察這兩種樣品的SiC/C界面。圖5示出了包含原位合成的SiC的樣品的TEM圖像照片。圖6示出了包含混合于其中的SiC的樣品的TEM圖像照片。在圖5所示的照片中，在SiC/C界面處生成了中間層，并且沒有觀察到間隙，但是在圖6所示的照片中觀察到了一些間隙。這表明，通過原位反應(yīng)來生成SiC，SiC與碳之間的粘附得以改善。
EDX定性分析比較圖5所示的包含原位合成的SiC的樣品的TEM圖像被再次示于圖7。圖8和圖9示出了圖7所示的位置A至D的EDX定性分析結(jié)果。從結(jié)果可以看出，位置A表示生成的SiC，位置D表示碳。如EDX定性分析結(jié)果圖所示，隨著觀察位置從位置A向位置D靠近，Si峰強(qiáng)度變小，并且位置B和C是由原位反應(yīng)得到的中間層。而且，在SiC/C界面處沒有間隙，并且SiC顆粒與碳相粘附。
圖6所示的包含混合于其中的SiC的樣品的TEM圖像被再次示于圖10。圖11示出了圖10所示的位置A至C的EDX定性分析結(jié)果。從結(jié)果可以看出，位置A表示碳，位置B和C均表示混合在樣品中的SiC。在SiC/C界面處存在間隙，并且SiC顆粒并未與碳相粘附。
在原位生成的SiC與碳的界面處沒有間隙，但是在混合在樣品中的SiC與碳的界面處存在間隙。這表明，通過原位反應(yīng)生成SiC可以實現(xiàn)更好的SiC顆粒與碳之間的粘附。
工業(yè)適用性本發(fā)明的碳復(fù)合材料具有諸如大摩擦系數(shù)、高熱穩(wěn)定性、耐磨損以及重量輕的特性。因此，利用上述特性，這種材料可作為摩擦材料用于各種應(yīng)用。而且，這種碳復(fù)合材料的生產(chǎn)成本低，因而具有實用性。
權(quán)利要求
1.一種碳復(fù)合材料，其包含分散在碳、碳纖維或碳/碳纖維基體中的金屬碳化物顆粒且不含游離金屬顆粒，其中所述金屬碳化物顆粒至少在顆粒表面或整個顆粒為金屬碳化物，所述金屬碳化物由選自金屬顆粒、金屬氧化物顆?；驈?fù)合金屬氧化物顆粒中的至少一種的金屬源和熱固性樹脂的碳源在原位合成。
2.如權(quán)利要求1的碳復(fù)合材料，其中所述金屬氧化物顆?；驈?fù)合金屬氧化物顆粒是通過氧化金屬粉末而得到的SiO2、TiO2、ZrO2、Al2O3、WO3、CrO3或ZnO中的至少一種。
3.如權(quán)利要求2的碳復(fù)合材料，其中所述金屬氧化物顆粒為SiO2顆粒，并且所述金屬碳化物顆粒為SiC顆粒。
4.如權(quán)利要求2的碳復(fù)合材料，其中所述復(fù)合金屬氧化物顆粒為SiO2/ZrO2復(fù)合金屬氧化物顆粒，并且所述金屬碳化物顆粒為SiC/ZrC復(fù)合碳化物顆粒。
5.如權(quán)利要求3的碳復(fù)合材料，其中所述SiO2顆粒選自通過金屬硅與氧之間的反應(yīng)得到的球形二氧化硅顆粒、通過熔解破碎的二氧化硅而得到的球形二氧化硅顆粒、以及破碎的二氧化硅顆粒。
6.制備包含分散于其中的金屬碳化物顆粒的碳復(fù)合材料的方法，其中，金屬顆粒、金屬氧化物顆粒和復(fù)合金屬氧化物顆粒中的至少一種被分散在熱固性樹脂中以得到漿液混合物，用所述漿液混合物浸漬碳纖維，并且進(jìn)行碳化以原位合成金屬碳化物，至少顆粒表面或整個顆粒為金屬碳化物，然后進(jìn)行煅燒。
7.如權(quán)利要求6的制備碳復(fù)合材料的方法，其中所述金屬氧化物顆?；驈?fù)合金屬氧化物顆粒是通過氧化金屬粉末而得到的SiO2、TiO2、ZrO2、Al2O3、WO3、CrO3和ZnO中的至少一種。
8.如權(quán)利要求7的制備碳復(fù)合材料的方法，其中所述金屬氧化物顆粒為SiO2顆粒，并且所述金屬碳化物顆粒為SiC顆粒。
9.如權(quán)利要求7的制備碳復(fù)合材料的方法，其中所述復(fù)合金屬氧化物顆粒為SiO2/ZrO2復(fù)合金屬氧化物顆粒，并且所述金屬碳化物顆粒為SiC/ZrC復(fù)合碳化物顆粒。
10.如權(quán)利要求8的制備碳復(fù)合材料的方法，其中所述SiO2顆粒選自通過金屬硅與氧之間的反應(yīng)得到的球形二氧化硅顆粒、通過熔解破碎的二氧化硅而得到的球形二氧化硅顆粒、以及破碎的二氧化硅顆粒。
11.如權(quán)利要求6至10中任何一項的制備碳復(fù)合材料的方法，其中所述熱固性樹脂選自酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、脲醛樹脂、呋喃樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、三聚氰胺樹脂、聚氨酯樹脂和苯胺樹脂中的至少一種。
12.如權(quán)利要求6至11中任何一項的制備碳復(fù)合材料的方法，其中在所述浸漬步驟之后、所述碳化步驟之前，通過層壓浸漬產(chǎn)物來進(jìn)行熱壓結(jié)合步驟。
13.如權(quán)利要求6至12中任何一項的制備碳復(fù)合材料的方法，其中，在通過所述煅燒工藝原位制備金屬碳化物顆粒之前，進(jìn)行兩次或多次用于碳化的、用包含至少一種分散在熱固性樹脂中的金屬氧化物顆粒的漿液混合物來浸漬所述碳纖維材料的步驟。
14.如權(quán)利要求6至12中任何一項的制備碳復(fù)合材料的方法，其中，在通過所述煅燒工藝原位制備金屬碳化物顆粒之后，重復(fù)一次或多次用于碳化的、用包含至少一種分散在熱固性樹脂中的金屬氧化物顆粒的漿液混合物來浸漬所述碳纖維材料的步驟。
15.如權(quán)利要求6至14中任何一項的制備碳復(fù)合材料的方法，其中碳化是在200℃至1600℃溫度下在惰性氣氛中進(jìn)行的。
16.如權(quán)利要求6至15中任何一項的制備碳復(fù)合材料的方法，其中煅燒是在1650℃或更高溫度下在惰性氣氛中進(jìn)行的。
17.包含如權(quán)利要求1至5中任何一項的碳復(fù)合材料的摩擦材料。
18.如權(quán)利要求17的摩擦材料，其中所述摩擦材料為制動盤和/和制動墊材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及碳復(fù)合材料，所述碳復(fù)合材料包含分散在碳、碳纖維或碳/碳纖維基體中的金屬碳化物顆粒且不含游離金屬顆粒，其中金屬碳化物顆粒在至少顆粒表面或整個顆粒為金屬碳化物，由金屬源(即選自金屬顆粒、金屬氧化物顆?；驈?fù)合金屬氧化物顆粒中的至少一種)和碳源(即熱固性樹脂)在原位合成。本發(fā)明還提供了制備這種碳復(fù)合材料的方法，制得的碳復(fù)合材料摩擦系數(shù)大、熱穩(wěn)定性高并且耐磨損。
文檔編號F16D69/02GK1946655SQ200580012680
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者市川繁, 神谷純生, 山田幸治, 屜木宏格 申請人:豐田自動車株式會社