專利名稱：一種反應(yīng)燒結(jié)碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反應(yīng)燒結(jié)碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料及其制備方法，屬于無機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
C/C-SiC復(fù)合材料是繼粉末冶金材料和C/C復(fù)合材料之后，近幾年發(fā)展起來的一種高性能剎車材料。與傳統(tǒng)金屬材料和半金屬材料相比，C/C-SiC復(fù)合材料具有密度低、耐高溫、高強(qiáng)度、摩擦性能穩(wěn)定、磨損量小、制動(dòng)比大和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。該材料提高了材料 的抗氧化性和摩擦系數(shù)，改善了摩擦性能對(duì)外界環(huán)境介質(zhì)(潮氣、霉菌和油污等)的穩(wěn)定性，已在保時(shí)捷和新款?yuàn)W迪A8L等高檔汽車上得到成功應(yīng)用。與汽車剎車盤使用環(huán)境相比，飛機(jī)機(jī)輪剎車的服役環(huán)境條件更苛刻，能量高、剎車載荷大，而且剎車裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜。目前，國際上飛機(jī)的著陸重量高達(dá)350t以上，著陸速度350km/h，剎車盤的線速度達(dá)到90m/s，剎車壓カ達(dá)28MPa，同時(shí)還需要滿足潮濕、鹽霧、霉菌、油污和沙塵等不同服役環(huán)境的要求。因此，如何根據(jù)剎車片的服役環(huán)境，提高剎車材料的摩擦性能，是當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵問題。中國專利文獻(xiàn)CN101033137A (申請(qǐng)?zhí)?00710017364. 0)公開了ー種碳/碳-碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，CN1237950A提供了ー種碳/碳-碳化硅復(fù)合材料的摩擦部件及制造方法，CN101260005A涉及ー種碳/碳/碳化硅復(fù)合材料的制備方法，上述專利文件的技術(shù)方案均采用了化學(xué)氣相滲透法，該方法エ藝周期長、生產(chǎn)成本高。中國專利文獻(xiàn)CN101486588 (申請(qǐng)?zhí)?00910042779. 2)公開了“碳纖維增強(qiáng)炭-碳化硅雙基體摩擦材料的制備方法”，該方法通過冷壓、破碎造粒、預(yù)熱、溫壓、固化、炭化、熔硅浸滲等エ序制備了 C/C-SiC復(fù)合材料。上述專利產(chǎn)品在制動(dòng)速度為8-24m/s時(shí)，摩擦系數(shù)為0. 50-0. 39，磨損率
0.159 X 10 7cm3 N 1 m :-0. 468 X 10 7cm3 N 1 m \達(dá)到了較好的效果。但上述指標(biāo)的檢測條件為干摩擦、制動(dòng)壓カI(xiàn). OMPa，無法滿足潮濕、鹽霧、霉菌、油污、沙塵和更高制動(dòng)壓カ等苛刻的服役環(huán)境條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種反應(yīng)燒結(jié)碳/碳-碳化硅-氮化硼(C/C-SiC-BN)復(fù)合摩擦材料及其制備方法，所制得的C/C-SiC-BN復(fù)合摩擦材料與C/C-SiC復(fù)合材料相比，顯著提高了摩擦性能，并且具有制備エ藝簡單、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短的特點(diǎn)。本發(fā)明技術(shù)方案如下—種碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料，由以下重量百分比的原料，經(jīng)碳纖維分散、混料、溫壓成形、炭化、反應(yīng)燒結(jié)制成5 20%短切碳纖維、2 6%氮化硼粉、5 15%硅粉、25 48%石墨粉、5 15%碳化硅粉、20 45%熱固性樹脂粉；所述短切碳纖維長度為I IOmm ；所述熱固性樹脂粉選自熱固性酚 醛樹脂粉、熱固性環(huán)氧樹脂粉或熱固性脲醛樹脂粉中的ー種。優(yōu)選的，所述碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料，由以下重量百分比的原料，經(jīng)碳纖維分散、混料、溫壓成形、炭化、反應(yīng)燒結(jié)制成8 18%短切碳纖維、3 6%氮化硼粉、6 12%硅粉、30 43%石墨粉、5 12%碳化硅粉、25 45%熱固性樹脂粉。所述氮化硼粉為平均粒徑0.5、的氮化硼粉；所述硅粉為平均粒徑為
5.0-50 u m的硅粉；所述石墨粉為平均粒徑0. 5^2. 0 u m的石墨粉；所述碳化硅為平均粒徑
1.0 50 V- m的碳化娃粉。上述碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料的制備方法，步驟如下(I)將碳纖維長度為I IOmm短切纖維置于惰性氣體保護(hù)氣氛下于700 900°C下煅燒30 90min，然后，經(jīng)超聲波分散，再攪拌5 20min，最后于90_120°C烘干1_3小時(shí)，制得分散后的短切纖維；(2)將步驟(I)制得的分散后的短切纖維，與氮化硼粉、硅粉、石墨粉、碳化硅粉和熱固性樹脂粉攪拌I 3小時(shí)，混合均勻，制得混合料；(3)將步驟(2)制得的混合料裝入模具溫壓成形，成形溫度140 220°C，施加載荷壓カ10 30MPa，保壓時(shí)間0. 5 2. 5小時(shí)，制得素坯；(4)將步驟(3)制得的素坯在惰性氣體保護(hù)氣氛下，進(jìn)行碳化處理，碳化溫度850 1050°C，碳化時(shí)間8 30h，制得多孔體；(5)將步驟(4)制得的多孔體在真空條件下，進(jìn)行反應(yīng)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1650 1850°C，保溫時(shí)間I 4小時(shí)，冷卻，制得碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料。所述步驟(I)和步驟(4)中的惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤?。所述步驟(I)中的超聲波分散條件為分散介質(zhì)こ醇，時(shí)間40 80min，功率
2.5 4. 0KW。所述步驟(I)中的攪拌速度為180 600r/min。所述步驟(2)中的攪拌速度為15 40r/min。上述操作方法如無特殊說明，均采用本領(lǐng)域慣用操作方法。有益效果I、本發(fā)明通過加入氮化硼粉，使C/C-SiC-BN復(fù)合摩擦材料的摩擦性能明顯高于同種方法制備的C/C-SiC復(fù)合摩擦材料，摩擦系數(shù)提高了 5-10% ；2、本發(fā)明在配方組成中加入一定量的碳化硅粉，保證了材料中的碳化硅含量。與不含碳化硅的配方相比，其燒成周期縮短了 18%;3、本發(fā)明采用碳纖維分散、配料、溫壓成形、炭化、反應(yīng)燒結(jié)的步驟制備C/C-SiC-BN復(fù)合摩擦材料，省去了傳統(tǒng)方法中冷壓、破碎造粒、預(yù)熱的步驟，簡化了制備エ藝過程，提高了生產(chǎn)效率。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)ー步闡述，但本發(fā)明所保護(hù)范圍不限于此。實(shí)施例中的短切纖維的碳纖維長度為I 10_，南通森友炭纖維有限公司有售；熱固性酚醛樹脂粉，新鄉(xiāng)市熔鑫耐材有限責(zé)任公司有售；熱固性環(huán)氧樹脂粉，霸州市東段利達(dá)粉沫廠有售；熱固性脲醛樹脂粉，諸城永創(chuàng)鑄造材料有限公司有售；氮化硼粉，平均粒徑0. 5飛U m,鄭州華銳磨料磨具有限公司有售；硅粉，平均粒徑為5. 0-50 U m,上海關(guān)金粉體材料有限公司有售； 石墨粉，平均粒徑0.5 2. Oym，青島東凱石墨有限公司有售；碳化硅，平均粒徑I. (T50 U m，河南新大新材料股份有限公司有售。其他原料均為普通市售產(chǎn)品。實(shí)施例中的摩擦系數(shù)、磨損率的檢測方法采用GB5763-1998《汽車用制動(dòng)器襯片》。實(shí)施例I :ー種碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料的制備方法，步驟如下(I)將碳纖維長度為I IOmm短切纖維置于氮?dú)鈿怏w保護(hù)氣氛電爐中于750°C下煅燒80min，然后，在超聲波清洗機(jī)中以こ醇為介質(zhì)、功率為2. 8KW的條件下分散75min，再在200r/min的條件下,攪拌18min,最后于95°C下烘干2小時(shí),制得分散后的短切纖維；(2)將步驟(I)制得的分散后的短切碳纖維6重量份，與氮化硼粉3重量份、硅粉11重量份、石墨粉28重量份、碳化硅粉13重量份和熱固性酚醛樹脂粉39重量份攪拌I小時(shí)，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速20r/min,混合均勻，制得混合料；(3)將步驟(2)制得的混合料裝入模具溫壓成形，成形溫度165°C，施加載荷壓力14MPa，保壓時(shí)間2. 5小時(shí)，制得素坯；(4)將步驟(3)制得的素坯在氬氣氣氛保護(hù)下，進(jìn)行碳化處理，碳化溫度920°C，碳化時(shí)間15h，制得多孔體；(5)將步驟(4)制得的多孔體在真空條件下，進(jìn)行反應(yīng)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1700°C，保溫時(shí)間2. 5小吋，隨爐冷卻，制得碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料。經(jīng)檢測，所得到的碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料在300°C時(shí)摩擦系數(shù)為0. 42,磨損率 I. 9 X 10 7cm3 N 1 m、實(shí)施例2 ー種碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料的制備方法，步驟如下(I)將碳纖維長度為I IOmm短切纖維置于氮?dú)鈿怏w保護(hù)氣氛電爐中于850°C下煅燒40min，然后，在超聲波清洗機(jī)中以こ醇為介質(zhì)、功率為3. 2KW的條件下分散65min，再在400r/min的條件下,攪拌8min,最后于110°C下烘干I. 5小時(shí),制得分散后的短切纖維；(2)將步驟(I)制得的分散后的短切碳纖維10重量份，與氮化硼粉5重量份、硅粉9重量份、石墨粉36重量份、碳化硅粉8重量份和熱固性環(huán)氧樹脂粉32重量份攪拌3小吋，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速15r/min,混合均勻，制得混合料；(3)將步驟(2)制得的混合料裝入模具溫壓成形，成形溫度190°C，施加載荷壓力20MPa，保壓時(shí)間2小時(shí)，制得素坯；(4)將步驟(3)制得的素坯在氬氣氣氛保護(hù)下，進(jìn)行碳化處理，碳化溫度980°C，碳化時(shí)間20h，制得多孔體；(5)將步驟(4)制得的多孔體在真空條件下，進(jìn)行反應(yīng)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1750°C，保溫時(shí)間3小吋，隨爐冷卻，制得碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料。經(jīng)檢測，所得到的碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料在300°C時(shí)摩擦系數(shù)為
0.46,磨損率 I. 7 X 10 7cm3 N 1 m、實(shí)施例3 —種碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料的制備方法，步驟如下(I)將碳纖維長度為I IOmm短切纖維置于氮?dú)鈿怏w保護(hù)氣氛電爐中于800°C下 煅燒60min，然后，在超聲波清洗機(jī)中以こ醇為介質(zhì)、功率為3. 8KW的條件下分散45min，再在550r/min的條件下,攪拌15min,最后于115°C下烘干I小時(shí)，制得分散后的短切纖維；(2)將步驟(I)制得的分散后的短切碳纖維15重量份，與氮化硼粉6重量份、硅粉6重量份、石墨粉40重量份、碳化硅粉8重量份和熱固性脲醛樹脂粉25重量份攪拌3小吋，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速35r/min,混合均勻，制得混合料；(3)將步驟(2)制得的混合料裝入模具溫壓成形，成形溫度205°C，施加載荷壓力23MPa，保壓時(shí)間I. 5小時(shí)，制得素坯；(4)將步驟(3)制得的素坯在氬氣氣氛保護(hù)下，進(jìn)行碳化處理，碳化溫度1000°C，碳化時(shí)間25h，制得多孔體；(5)將步驟(4)制得的多孔體在真空條件下，進(jìn)行反應(yīng)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1780°C，保溫時(shí)間I. 5小吋，隨爐冷卻，制得碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料。經(jīng)檢測，所得到的碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料在300°C時(shí)摩擦系數(shù)為0. 51,磨損率 I. 5 X 10 7cm3 N 1 m 1O通過上述實(shí)施例可以看出，向C/C-SiC基體材料中引入氮化硼粉可有效提高碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合材料的摩擦性能。在本發(fā)明專利保護(hù)范圍內(nèi)，隨著氮化硼粉加入量的増加，碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合材料的摩擦系數(shù)升高，磨損率降低。需要說明的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例，顯然本發(fā)明不僅僅限于以上實(shí)施例，還可以有其他變形。本領(lǐng)域的技術(shù)人員從本發(fā)明公開內(nèi)容直接導(dǎo)出或間接引申的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.ー種碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料，其特征在干，由以下重量百分比的原料，經(jīng)碳纖維分散、混料、溫壓成形、炭化、反應(yīng)燒結(jié)制成 5 20%短切碳纖維、2 6%氮化硼粉、5 15%硅粉、25 48%石墨粉、5 15%碳化硅粉、20 45%熱固性樹脂粉； 所述短切碳纖維長度為I IOmm ； 所述熱固性樹脂粉選自熱固性酚醛樹脂粉、熱固性環(huán)氧樹脂粉或熱固性脲醛樹脂粉中的ー種。
2.如權(quán)利要求I所述的碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料，其特征在干，由以下重量百分比的原料，經(jīng)碳纖維分散、混料、溫壓成形、炭化、反應(yīng)燒結(jié)制成 8 18%短切碳纖維、3 6%氮化硼粉、6 12%硅粉、30 43%石墨粉、5 12%碳化硅粉、25 45%熱固性樹脂粉。
3.如權(quán)利要求I所述的碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料，其特征在于，所述氮化硼粉為平均粒徑0. 5飛u m的氮化硼粉。
4.如權(quán)利要求I所述的碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料，其特征在于，所述硅粉為平均粒徑為5. (T50 u m的硅粉。
5.如權(quán)利要求I所述的碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料，其特征在于，所述石墨粉為平均粒徑0. 5^2. 0 u m的石墨粉；所述碳化硅為平均粒徑I. (T50 u m的碳化硅粉。
6.權(quán)利要求I所述碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料的制備方法，其特征在干，步驟如下 (1)將碳纖維長度為I IOmm短切纖維置于惰性氣體保護(hù)氣氛下于700 900°C下煅燒30 90min，然后，經(jīng)超聲波分散，再攪拌5 20min，最后于90_120°C烘干1_3小時(shí)，制得分散后的短切纖維； (2)將步驟(I)制得的分散后的短切纖維，與氮化硼粉、硅粉、石墨粉、碳化硅粉和熱固性樹脂粉攪拌I 3小時(shí)，混合均勻，制得混合料； (3)將步驟(2)制得的混合料裝入模具溫壓成形，成形溫度140 220°C，施加載荷壓力10 30MPa，保壓時(shí)間0. 5 2. 5小時(shí)，制得素坯； (4)將步驟(3)制得的素坯在惰性氣體保護(hù)氣氛下，進(jìn)行碳化處理，碳化溫度850 1050°C，碳化時(shí)間8 30h，制得多孔體； (5)將步驟(4)制得的多孔體在真空條件下，進(jìn)行反應(yīng)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1650 1850°C，保溫時(shí)間I 4小時(shí)，冷卻，制得碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)和步驟(4)中的惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤狻?br> 8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中的超聲波分散條件為分散介質(zhì)こ醇，時(shí)間40 80min，功率:2. 5 4. OKff0
9.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中的攪拌速度為180 600r/mino
10.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的攪拌速度為15 40r/mino
全文摘要
本發(fā)明涉及一種反應(yīng)燒結(jié)碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料及其制備方法，由以下重量百分比的原料組成，經(jīng)碳纖維分散、混料、溫壓成形、炭化、反應(yīng)燒結(jié)制成5～20%短切碳纖維、2～6%氮化硼粉、5～15%硅粉、25～48%石墨粉、5～15%碳化硅粉、20～45%熱固性樹脂粉。本發(fā)明所述反應(yīng)燒結(jié)碳/碳-碳化硅-氮化硼復(fù)合摩擦材料的摩擦系數(shù)高、磨損率低，并且，制備工藝簡單、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短。
文檔編號(hào)C04B35/83GK102746015SQ20121024810
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者孫海濱, 張玉軍, 李兆敏, 李其松 申請(qǐng)人:山東寶納新材料有限公司