專利名稱：一種碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摩擦材料的制備方法，特別涉及一種碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料的制備方法。
背景技術(shù)：
摩擦材料按照使用環(huán)境分為干式摩擦材料和濕式摩擦材料。濕式摩擦材料指工作于潤(rùn)滑介質(zhì)(主要是潤(rùn)滑油)中的摩擦材料，主要應(yīng)用于自動(dòng)變速器、差速
器、扭矩管理器和同步器等濕式傳動(dòng)系統(tǒng)中[P. Marklund, R. Larsson. TribologyInternational, 2008, 41:824 - 830.]。由于使用條件不同，傳動(dòng)系統(tǒng)的速度、壓力和載荷差別很大，單一某種材料難以滿足所有工況使用要求，從而發(fā)展出多種濕式摩擦材料，主要包括軟木橡膠基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料、紙基摩擦材料和碳/碳復(fù)合材料等。碳/碳復(fù)合材料以其優(yōu)異的性能被用作新一代民用及軍用飛機(jī)的摩擦元件。但是單獨(dú)使用碳/碳材料作為摩擦材料往往會(huì)在700°C發(fā)生氧化而失效，而且在潮濕環(huán)境下易導(dǎo)致制動(dòng)失效，從而大大降低了使用性能。碳纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷基復(fù)合材料(C/C-SiC)是一種新型的摩阻材料，具有密度低、耐磨、抗氧化性及抗熱震性好等特點(diǎn)(KRENKEL，HEIDENREICH B, RENZ R. Adv Eng Mater, 2002,4 (7) :427_436)，使用溫度可達(dá) 1000°C 以上，比C/C需要的熱容體積更小。采用C/C-SiC復(fù)合材料的剎車盤可以克服傳統(tǒng)摩擦材料的高溫失效及摩擦學(xué)缺陷。因此，C/C-SiC復(fù)合材料在飛機(jī)剎車材料領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。對(duì)該新型摩阻材料的研究引起了國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者的關(guān)注。德國(guó)宇航局率先研制用于汽車的C/C-SiC摩阻材料，并成功應(yīng)用于保時(shí)捷911Turbo高檔汽車上。美國(guó)AircraftBraking Systems, Goodrich, Ho-neywe 11, and Parker-Hannifin 四大公司聯(lián)立石開究應(yīng)用于剎車領(lǐng)域的陶瓷摩阻材料。中南大學(xué)王秀飛、黃啟忠(王秀飛，黃啟忠，蘇哲安，等.摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27
(6):534)等人采用采用T700碳纖維針刺氈，經(jīng)超聲振動(dòng)滲硅、化學(xué)氣相沉積(CVD)、硅化處理及液相浸潰/炭化新工藝制備SiC呈島狀分布的C/C-SiC復(fù)合材料，所制備材料摩擦系數(shù)穩(wěn)定在O. 088、. 126之間，在300次磨損試驗(yàn)后，其磨損量檢測(cè)值為O。西北工業(yè)大學(xué)張亞妮、徐永東(張亞妮，徐永東，樓建軍，等.航空材料學(xué)報(bào)，2005，25 (2):49)等人采用化學(xué)氣相滲透法制備了碳纖維增強(qiáng)碳化硅(C/C-SiC)陶瓷基復(fù)合材料，得到不同密度和組分含量的C/C-SiC剎車盤試樣。對(duì)C/C-SiC復(fù)合材料進(jìn)行了摩擦磨損性能測(cè)試，平均摩擦系數(shù)達(dá)到O. 23，摩擦穩(wěn)定性達(dá)到O. 43，線性磨損率為9. 3rn /次·面，質(zhì)量磨損率為2. 6mg /次 面。雖然國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)C/C-SiC復(fù)合材料的制備有了一定的研究與應(yīng)用，但是該復(fù)合材料的制備過程都涉及較高的溫度，中南大學(xué)王秀飛等人在制備SiC時(shí)在2200°C下進(jìn)行硅化處理，西北工業(yè)大學(xué)張亞妮等人在KKKTC下將SiC沉積在碳基體上
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝控制簡(jiǎn)單，涂層均勻，且樹脂和碳化硅能夠有效滲入碳布纖維與纖維之間和纖維表面，而且大大降低了傳統(tǒng)工藝在碳基體或碳布表面制備碳化硅涂層的溫度的碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是步驟一取I. 5g 3. 0g2123酚醛樹脂，溶解在150ml無水乙醇中得酚醛樹脂溶液，待酚醛樹脂充分溶解后靜置20h 30h，封口保存，得到A溶液；步驟二 將PAN基碳布剪切成2cmX 2cm大小的方塊，置于丙酮溶液中超聲清洗后烘干，將烘干后的碳布放入A溶液中超聲浸潰后取出備用；步驟三取O. 2g O. 8g300目的硅粉，以乙二醇為分散劑，將硅粉分散在IOOml乙二醇中磁力攪拌得到B懸浮液；步驟四將B懸浮液倒入微波紫外超聲合成儀的四口燒瓶中，將步驟二所得的碳布浸泡于B懸浮液中；步驟五開啟微波紫外超聲合成儀，自室溫以3°C /min 10°C /min升溫速率升溫至150°C 180°C的反應(yīng)溫度，待反應(yīng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，開啟波長(zhǎng)為280 320nm紫外光燈照射反應(yīng)10 20min關(guān)閉紫外燈，待反應(yīng)結(jié)束降到室溫后，取出樣品，置于60°C 90°C烘箱中干燥即得碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料。所述步驟二超聲清洗的時(shí)間為5min 15min，烘干采用60V 100°C烘箱，超聲浸潰時(shí)間為5 30min?！?br> 所述步驟三磁力攪拌時(shí)間為5 15h。所述微波紫外超聲合成儀為UVave-1000型的微波紫外超聲合成儀。本發(fā)明利用Si、碳布，酚醛樹脂、乙醇、乙二醇為原料。將在樹脂溶液中浸泡過的碳布、硅粉、乙二醇置入U(xiǎn)Vave-1000型微波紫外超聲合成儀中，控制反應(yīng)溫度、時(shí)間、紫外光催化時(shí)間，可以獲得碳化硅和樹脂均勻滲入碳布纖維與纖維之間以及纖維表面的復(fù)合摩擦材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是工藝控制簡(jiǎn)單，涂層均勻，且樹脂和碳化硅能夠有效滲入碳布纖維與纖維之間和纖維表面，而且大大降低了傳統(tǒng)工藝在碳基體或碳布表面制備碳化硅涂層的溫度。有益的效果本發(fā)明的有益效果是以硅粉為原料，碳布為基體，可以在較低的溫度下在碳布表面制備出碳化娃層，一方面可以大大縮短傳統(tǒng)工藝制備碳化娃的反應(yīng)時(shí)間，另一方面也可以使樹脂有效的滲入碳布基體的內(nèi)部發(fā)生固化，提高摩擦材料的摩擦性能。


圖I為實(shí)施例2制備出的碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料表面的掃描電鏡圖片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例I :步驟一取I. 5g2123酚醛樹脂，溶解在150ml無水乙醇中得酚醛樹脂溶液，待酚醛樹脂充分溶解后靜置22h，封口保存，得到A溶液；
步驟二 將PAN基碳布剪切成2cmX 2cm大小的方塊，置于丙酮溶液中超聲清洗 8min后,在供箱中60 C供干，將供干后的碳布放入A溶液中超聲浸潰5min后取出備用；步驟三取O. 3g300目的硅粉，以乙二醇為分散劑，將硅粉分散在IOOml乙二醇中磁力攪拌6h得到B懸浮液；步驟四將B懸浮液倒入U(xiǎn)Vave-1000型微波紫外超聲合成儀的四口燒瓶中，將步驟二所得的碳布浸泡于B懸浮液中；步驟五開啟UVave-1000型微波紫外超聲合成儀，自室溫以3°C /min升溫速率升溫至150°C的反應(yīng)溫度，待反應(yīng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，開啟波長(zhǎng)為280 320nm紫外光燈照射反應(yīng)IOmin關(guān)閉紫外燈，待反應(yīng)結(jié)束降到室溫后，取出樣品，置于60°C烘箱中干燥即得碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料。實(shí)施例2 步驟一取I. 5g2123酚醛樹脂，溶解在150ml無水乙醇中得酚醛樹脂溶液，待酚醛樹脂充分溶解后靜置26h，封口保存，得到A溶液；步驟二 將PAN基碳布剪切成2cmX 2cm大小的方塊，置于丙酮溶液中超聲清洗IOmin后,在供箱中80 C供干，將供干后的碳布放入A溶液中超聲浸潰IOmin后取出備用；步驟三取O. 5g300目的硅粉，以乙二醇為分散劑，將硅粉分散在IOOml乙二醇中磁力攪拌8h得到B懸浮液；步驟四將B懸浮液倒入U(xiǎn)Vave-1000型微波紫外超聲合成儀的四口燒瓶中，將步驟二所得的碳布浸泡于B懸浮液中；步驟五開啟UVave-1000型微波紫外超聲合成儀，自室溫以5°C /min升溫速率升溫至160°C的反應(yīng)溫度，待反應(yīng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，開啟波長(zhǎng)為280 320nm紫外光燈照射反應(yīng)15min關(guān)閉紫外燈，待反應(yīng)結(jié)束降到室溫后，取出樣品，置于70°C烘箱中干燥即得碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料。圖I為實(shí)施例制備出的碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料表面的掃描電鏡圖片。從圖I中可以看到，所制備的摩擦材料表面致密均勻，沒有明顯的缺陷產(chǎn)生。實(shí)施例3 步驟一取2. 25g2123酚醛樹脂，溶解在150ml無水乙醇中得酚醛樹脂溶液，待酚醛樹脂充分溶解后靜置28h，封口保存，得到A溶液；步驟二 將PAN基碳布剪切成2cmX 2cm大小的方塊，置于丙酮溶液中超聲清洗12min后,在供箱中90 C供干，將供干后的碳布放入A溶液中超聲浸潰20min后取出備用；步驟三取O. 8g300目的硅粉，以乙二醇為分散劑，將硅粉分散在IOOml乙二醇中磁力攪拌IOh得到B懸浮液；步驟四將B懸浮液倒入U(xiǎn)Vave-1000型微波紫外超聲合成儀的四口燒瓶中，將步驟二所得的碳布浸泡于B懸浮液中；步驟五開啟UVave-1000型微波紫外超聲合成儀，自室溫以8°C /min升溫速率升溫至180°C的反應(yīng)溫度，待反應(yīng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，開啟波長(zhǎng)為280 320nm紫外光燈照射反應(yīng)20min關(guān)閉紫外燈，待反應(yīng)結(jié)束降到室溫后，取出樣品，置于80°C烘箱中干燥即得碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料。實(shí)施例4:
步驟一取2g2123酚醛樹脂，溶解在150ml無水乙醇中得酚醛樹脂溶液，待酚醛樹脂充分溶解后靜置20h，封口保存，得到A溶液；步驟二 將PAN基碳布剪切成2cmX 2cm大小的方塊，置于丙酮溶液中超聲清洗5min后,在供箱中70 C供干，將供干后的碳布放入A溶液中超聲浸潰25min后取出備用；步驟三取O. 2g300目的硅粉，以乙二醇為分散劑，將硅粉分散在IOOml乙二醇中磁力攪拌15h得到B懸浮液；步驟四將B懸浮液倒入U(xiǎn)Vave-1000型微波紫外超聲合成儀的四口燒瓶中，將步驟二所得的碳布浸泡于B懸浮液中；步驟五開啟UVave-1000型微波紫外超聲合成儀，自室溫以10°C /min升溫速率升溫至170°C的反應(yīng)溫度，待反應(yīng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，開啟波長(zhǎng)為280 320nm紫外光燈 照射反應(yīng)13min關(guān)閉紫外燈，待反應(yīng)結(jié)束降到室溫后，取出樣品，置于90°C烘箱中干燥即得碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料。實(shí)施例5 步驟一取3g2123酚醛樹脂，溶解在150ml無水乙醇中得酚醛樹脂溶液，待酚醛樹脂充分溶解后靜置30h，封口保存，得到A溶液；步驟二 將PAN基碳布剪切成2cmX 2cm大小的方塊，置于丙酮溶液中超聲清洗15min后,在供箱中100 C供干，將供干后的碳布放入A溶液中超聲浸潰30min后取出備用；步驟三取O. 6g300目的硅粉，以乙二醇為分散劑，將硅粉分散在IOOml乙二醇中磁力攪拌5h得到B懸浮液；步驟四將B懸浮液倒入U(xiǎn)Vave-1000型微波紫外超聲合成儀的四口燒瓶中，將步驟二所得的碳布浸泡于B懸浮液中；步驟五開啟UVave-1000型微波紫外超聲合成儀，自室溫以6°C /min升溫速率升溫至180°C的反應(yīng)溫度，待反應(yīng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，開啟波長(zhǎng)為280 320nm紫外光燈照射反應(yīng)ISmin關(guān)閉紫外燈，待反應(yīng)結(jié)束降到室溫后，取出樣品，置于60°C烘箱中干燥即得碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料的制備方法，其特征在于 步驟一取I. 5g 3. 0g2123酚醛樹脂，溶解在150ml無水乙醇中得酚醛樹脂溶液，待酚醛樹脂充分溶解后靜置20h 30h，封口保存，得到A溶液； 步驟二 將PAN基碳布剪切成2cmX2cm大小的方塊，置于丙酮溶液中超聲清洗后烘干，將烘干后的碳布放入A溶液中超聲浸潰后取出備用； 步驟三取O. 2g O. 8g300目的硅粉，以乙二醇為分散劑，將硅粉分散在IOOml乙二醇中磁力攪拌得到B懸浮液； 步驟四將B懸浮液倒入微波紫外超聲合成儀的四口燒瓶中，將步驟二所得的碳布浸泡于B懸浮液中； 步驟五開啟微波紫外超聲合成儀，自室溫以3°C /min 10°C /min升溫速率升溫至150°C 180°C的反應(yīng)溫度，待反應(yīng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，開啟波長(zhǎng)為280 320nm紫外光燈照射反應(yīng)10 20min關(guān)閉紫外燈，待反應(yīng)結(jié)束降到室溫后，取出樣品，置于60°C 90°C烘箱中干燥即得碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料的制備方法，其特征在于所述步驟二超聲清洗的時(shí)間為5min 15min，烘干采用60V 100°C烘箱，超聲浸潰時(shí)間為5 30mino
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料的制備方法，其特征在于所述步驟三磁力攪拌時(shí)間為5 15h。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料的制備方法，其特征在于所述微波紫外超聲合成儀為UVave-1000型的微波紫外超聲合成儀。
全文摘要
一種碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料的制備方法，將酚醛樹脂溶解在無水乙醇中得A溶液；將PAN基碳布置于丙酮溶液中超聲清洗后烘干，將烘干后的碳布放入A溶液中超聲浸漬；將硅粉分散在乙二醇中磁力攪拌得到B懸浮液；將B懸浮液倒入微波紫外超聲合成儀的四口燒瓶中，將碳布浸泡于B懸浮液中；開啟微波紫外超聲合成儀，待反應(yīng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，開啟紫外光燈照射反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束降到室溫后，取出樣品，置于烘箱中干燥即得碳化硅增強(qiáng)碳布基復(fù)合摩擦材料。本發(fā)明以硅粉為原料，碳布為基體，可以在較低的溫度下在碳布表面制備出碳化硅層，縮短傳統(tǒng)工藝制備碳化硅的反應(yīng)時(shí)間，使樹脂有效的滲入碳布基體的內(nèi)部發(fā)生固化，提高摩擦材料的摩擦性能。
文檔編號(hào)C08J3/28GK102936350SQ20121045870
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者王文靜, 黃劍鋒, 費(fèi)杰, 曹麗云 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)