CN107935617A - 一种高速列车用碳陶刹车材料的制造方法 - Google Patents

一种高速列车用碳陶刹车材料的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107935617A
CN107935617A CN201610910207.1A CN201610910207A CN107935617A CN 107935617 A CN107935617 A CN 107935617A CN 201610910207 A CN201610910207 A CN 201610910207A CN 107935617 A CN107935617 A CN 107935617A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sic
carbon
carbon fiber
ceramic powder
precast body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610910207.1A
Other languages
English (en)
Inventor
***
靳素娟
李宁
牛超
冯晓辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shun County West Ditch Ding Ding New Mstar Technology Ltd
Original Assignee
Shun County West Ditch Ding Ding New Mstar Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shun County West Ditch Ding Ding New Mstar Technology Ltd filed Critical Shun County West Ditch Ding Ding New Mstar Technology Ltd
Priority to CN201610910207.1A priority Critical patent/CN107935617A/zh
Publication of CN107935617A publication Critical patent/CN107935617A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
    • C04B35/806—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5093—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with elements other than metals or carbon
    • C04B41/5096—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87—Ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3826—Silicon carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3839—Refractory metal carbides
    • C04B2235/3843—Titanium carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高速列车用碳陶刹车材料的制造方法，通过制备碳纤维预制体、Ti3SiC2浆料、碳纤维预制体采用真空压力浸渍Ti3SiC2浆料，以丙烯或天然气作为反应气体在含Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体内沉积热解碳获得含Ti3SiC2陶瓷粉的低密度碳/碳复合材料，最后对制备的低密度碳/碳复合材料通过液相渗硅工艺制得Ti3SiC2含量高且分布均匀的碳陶刹车材料，该材料具有高韧性、高导热、耐高温、抗氧化以及良好的摩擦磨损性能。本发明工艺简单、重复性好，适于批量生产。

Description

一种高速列车用碳陶刹车材料的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种碳陶刹车材料的制造方法，特别是涉及一种高速列车(高铁)用碳陶刹车材料的制造方法。
背景技术：
目前，高速列车用刹车材料以粉末冶金、铸钢和合金钢为主，该材料具有抗油污能力强、对潮湿环境不敏感、制作工艺成熟、原材料丰富、生产周期短、成本低等优点；但存在重量大，高温强度下降显著，而且容易锈蚀等缺点，尤其是长时间连续刹车会产生摩擦性能热衰退，影响刹车的安全性。随着高铁速度进一步提升，当速度高于400km/h，刹车温度将超出传统的刹车材料(粉末冶金、铸钢和合金钢)承受极限，必须发展能耐更高温度的刹车材料。
碳陶刹车材料克服了金属材料耐温低、重量大、易锈蚀等缺点，具有密度低、耐高温、高强度、摩擦性能稳定、磨损小和使用寿命长等优点，尤其是长时间连续刹车时性能不衰退，刹车安全性高。因此，碳陶刹车材料是新一代高速列车用刹车材料的首选。碳陶刹车材料相对传统刹车材料不仅会提高使用安全性和寿命，而且会显著降低列车的重量(约5吨/列)，节约能源，降低运行成本。
高铁刹车能量相对飞机、汽车和重型机械等要大得多，高铁刹车材料既要耐高温，又要有良好的导热性能、力学性能和摩擦磨损性能。Ti3SiC2陶瓷具有良好的导热性能、力学性能，又能耐高温，尤其是能改善碳陶刹车材料的摩擦磨损性能。文献Xiaomeng Fan，Xiaowei Yin，Shanshan He，Litong Zhang，Laifei Cheng.Friction and wear behaviorsof C/C-SiC composites containing Ti3SiC2.Wear，2012，274-275：188-195.以及西北工业大学范晓孟的博士论文“Ti3SiC2改性C/SiC复合材料的性能研究”报道了Ti3SiC2改性C/C-SiC能改善材料的摩擦磨损性能。该文献报道的制备方法是在低密度C/C中通过浆料浸渗引入TiC，然后利用液相Si浸渗并反应生成Ti3SiC2，该方法获得的Ti3SiC2的量相对较少而且分布不均匀。
为了提高Ti3SiC2的量及分布的均匀性，本发明提供一种高Ti3SiC2含量且分布均匀的改性碳陶刹车材料的制造技术，既能改善材料的摩擦磨损性能和力学性能，又能提高材料的导热性能，适应高铁刹车需要。
发明内容：
本发明主要涉及Ti3SiC2改性三维针刺碳纤维预制体的制备、Ti3SiC2改性多孔碳/碳复合材料的制备和渗硅工艺等。一种高速列车用碳陶刹车材料的制造方法，该方法依次包括以下步骤：
步骤1，碳纤维预制体的制备
将若干层的单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加到纤维预制体的厚度，并通过接力针刺制备出碳纤维预制体；其中，针刺密度为25～30针/cm2，体积密度为0.4～0.55g/cm3，其中胎网层与无纬布层的体积比约为1∶1～1∶3。
步骤2，Ti3SiC2浆料的制备
首先称取一定量的羧甲基纤维素钠溶于水，配成质量分数为0.5％-1％的羧甲基纤维素钠水溶液，称取一定量的粒度为0.5～2μm的Ti3SiC2，加入质量分数0.5％～1％的羧甲基纤维素钠水溶液中，球磨24～48小时制备含Ti3SiC2质量分数为40～60％的Ti3SiC2浆料，调整PH值于9～12以控制粉料分散性，得到Ti3SiC2浆料；
步骤3，含Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体的制备
在室温下，将步骤1制备的碳纤维预制体置入真空浸渍罐中，抽真空到罐内压力达到1000Pa以下，停止抽真空；接着将步骤2制备的Ti3SiC2浆料在大气压的作用下压入浸渍罐中并浸没所述的碳纤维预制体；然后对浸渍罐内的浆料施加1～2MPa的气压，保压10～30min后泄压并取出浸有Ti3SiC2的碳纤维预制体，实现真空压力浸渍，将Ti3SiC2均匀引入碳纤维预制体中，然后将所述的浸有Ti3SiC2的碳纤维预制体置于烘箱内，在150～200℃干燥3～5h，制得均匀分布Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体。
步骤4，含Ti3SiC2陶瓷粉的低密度碳/碳复合材料的制备
以丙烯或天然气作为反应气体，在步骤3制备的含Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体内沉积热解碳，沉积温度为930～1100℃，沉积时间为200～400h，制备出密度为1.2～1.6g/cm3的含Ti3SiC2陶瓷粉的碳/碳复合材料。
步骤5，高温处理
将步骤4制备的含Ti3SiC2陶瓷粉的低密度碳/碳复合材料在氮气或氩气气氛下进行高温处理，热处理温度：1450～1550℃，保温时间1～13h，得到热处理的含Ti3SiC2陶瓷粉的碳/碳复合材料。
步骤6：渗硅处理
将步骤5制备的热处理后的含Ti3SiC2陶瓷粉的碳/碳复合材料在真空炉中进行渗硅处理，浸渗温度：1550～1600℃，保温时间：1～2h；然后继续升温至1750～1800℃保温3～5h；保温结束后随炉冷却至室温，得到Ti3SiC2陶瓷粉均匀分布的碳陶刹车材料。
本发明的主要优点是：(1)Ti3SiC2陶瓷具有高韧性、高导热、耐高温和抗氧化等优点，在碳陶刹车材料中引入Ti3SiC2陶瓷能提高材料的导热性、韧性和抗氧化性能。(2)Ti3SiC2陶瓷具有类似于石墨的层状结构，在碳陶刹车材料中引入Ti3SiC2，即能降低材料的磨损率，又能改善材料的磨合性能，解决碳陶刹车材料因摩擦界面上SiC硬质点太多易产生刹车振动和啸叫的问题。(3)通过浆料真空浸渗法向碳纤维预制体中引入Ti3SiC2陶瓷相，即能提高Ti3SiC2陶瓷相的含量，又能改善Ti3SiC2陶瓷相分布均匀性，从而提高碳陶刹车材料的摩擦磨损能。(4)工艺简单、重复性好，适于批量生产。
本发明制备出的碳陶刹车材料和传统方法制备的碳陶刹车材料通过相同熔融渗硅法制备出刹车材料的性能见表1。从表1可以看出，本方法Ti3SiC2陶瓷改性后的刹车材料胚体制备出的碳/陶刹车材料具有优异的性能。
表1 两种坯体制备的碳/陶刹车材料的性能对比
具体实施方式：
实施例一：
步骤1，碳纤维预制体的制备
将若干层的单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加到35mm厚，并通过接力针刺制备出需要的碳纤维预制体；针刺密度为25针/cm2，体积密度为～0.4g/cm3，其中胎网层与无纬布层的体积比约为～1∶1。
步骤2，Ti3SiC2浆料的制备
首先称取110g的羧甲基纤维素钠(CMC)溶于10kg水，配成质量分数为1％的羧甲基纤维素钠水溶液。称取8kg粒度为～2μm的Ti3SiC2，加入10kg质量分数为1％的羧甲基纤维素钠水溶液中，球磨48小时制备含有Ti3SiC2质量分数为44％的Ti3SiC2浆料，调整PH值为10。
步骤3，含Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体的制备
在室温下，在步骤1制备的碳纤维预制体上裁剪直径为200mm的试样，置入真空浸渍罐中，抽真空到罐内压力达到1000Pa以下，停止抽真空；接着将步骤2制备的Ti3SiC2浆料在大气压的作用下压入浸渍罐中并浸没碳纤维预制体；然后对浸渍罐内的浆料施加1.5MPa的气压，保压20min后泄压，并取出浸有Ti3SiC2的碳纤维预制体。将浸有Ti3SiC2的碳纤维预制体置于烘箱内，在150℃干燥5h，制得均匀分布Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体。
步骤4，含Ti3SiC2陶瓷粉的低密度碳/碳复合材料的制备
以天然气作为反应气体，在步骤3制备的含Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体内沉积热解碳，沉积温度为1010℃，沉积时间为～200h，制备出密度为～1.45g/cm3的含Ti3SiC2陶瓷粉的碳/碳复合材料。
步骤5，高温处理
将步骤4制备的材料在氮气或氩气气氛下进行高温处理，热处理温度：1500℃，保温时间2h。
步骤6：渗硅处理
将步骤5热处理后的材料在真空炉中进行渗硅处理，浸渗温度：1550℃，保温时间：1h；然后继续升温至1750℃保温5h；保温结束后随炉冷却至室温，得到Ti3SiC2陶瓷粉均匀分布的碳陶刹车材料。
制备的Ti3SiC2改性碳陶刹车材料的密度为～2.4g/cm3，弯曲强度～150Mpa，断裂韧性～9MPa·m1/2，室温导热系数～48W/mK模拟高铁刹车条件测得摩擦系数～0.38，线磨损率～1.2μm/次。
实施例二：
步骤1，碳纤维预制体的制备
将若干层的单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加到35mm厚，并通过接力针刺制备出需要的碳纤维预制体；针刺密度为30针/cm2，体积密度为～0.5g/cm3，其中胎网层与无纬布层的体积比约为～1∶2。
步骤2，Ti3SiC2浆料的制备
首先称取50g的羧甲基纤维素钠溶于10kg水，配成质量分数为0.5％的羧甲基纤维素钠水溶液。称取10kg粒度为～0.5μm的Ti3SiC2，加入10kg质量分数为0.5％的羧甲基纤维素钠水溶液中，球磨48小时制备含有Ti3SiC2质量分数为50％的Ti3SiC2浆料，调整PH值为11。
步骤3，含Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体的制备
在室温下，在步骤1制备的碳纤维预制体上裁剪直径为200mm的试样，置入真空浸渍罐中，抽真空到罐内压力达到1000Pa以下，停止抽真空；接着将步骤2制备的Ti3SiC2浆料在大气压的作用下压入浸渍罐中并浸没碳纤维预制体；然后对浸渍罐内的浆料施加2MPa的气压，保压20min后泄压，并取出浸有Ti3SiC2的碳纤维预制体。将浸有Ti3SiC2的碳纤维预制体置于烘箱内，在200℃干燥3h，制得均匀分布Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体。
步骤4，含Ti3SiC2陶瓷粉的低密度碳/碳复合材料的制备
以天然气作为反应气体，在步骤3制备的含Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体内沉积热解碳，沉积温度为1020℃，沉积时间为250h，制备出密度为1.47/cm3的含Ti3SiC2陶瓷粉的碳/碳复合材料。
步骤5，高温处理
将步骤4制备的材料在氮气或氩气气氛下进行高温处理，热处理温度：1500℃，保温时间2h。
步骤6：渗硅处理
将步骤5热处理后的材料在真空炉中进行渗硅处理，浸渗温度：1600℃，保温时间：1h；然后继续升温至1780℃保温3h；保温结束后随炉冷却至室温，得到Ti3SiC2陶瓷粉均匀分布的碳陶刹车材料。
制备的Ti3SiC2改性碳陶刹车材料的密度为～2.2g/cm3，弯曲强度～190Mpa，断裂韧性～11MPa·m1/2，室温导热系数～40W/mK，模拟高铁刹车条件得到的摩擦系数～0.35，线磨损率～0.9μm/次。
实施例三：
步骤1，碳纤维预制体的制备
将若干层的单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加到35mm厚，并通过接力针刺制备出需要的碳纤维预制体；针刺密度为30针/cm2，体积密度为～0.55g/cm3，其中胎网层与无纬布层的体积比约为～1∶3。
步骤2，Ti3SiC2浆料的制备
首先称取110g的羧甲基纤维素钠溶于10kg水，配成质量分数为1％的羧甲基纤维素钠水溶液。称取12kg粒度为～1μm的Ti3SiC2，加入10kg质量分数为1％的羧甲基纤维素钠水溶液中，球磨48小时制备含有Ti3SiC2质量分数为55％的Ti3SiC2浆料，调整PH值为11。
步骤3，含Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体的制备
在室温下，在步骤1制备的碳纤维预制体上裁剪直径为200mm的试样，置入真空浸渍罐中，抽真空到罐内压力达到1000Pa以下，停止抽真空；接着将步骤2制备的Ti3SiC2浆料在大气压的作用下压入浸渍罐中并浸没碳纤维预制体；然后对浸渍罐内的浆料施加1.5MPa的气压，保压30min后泄压，并取出浸有Ti3SiC2的碳纤维预制体。将浸有Ti3SiC2的碳纤维预制体置于烘箱内，在200℃干燥3h，制得均匀分布Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体。
步骤4，含Ti3SiC2陶瓷粉的低密度碳/碳复合材料的制备
以丙烯作为反应气体，在步骤3制备的含Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体内沉积热解碳，沉积温度为930℃，沉积时间为300h，制备出密度为1.5g/cm3的含Ti3SiC2陶瓷粉的碳/碳复合材料。
步骤5，高温处理
将步骤4制备的材料在氮气或氩气气氛下进行高温处理，热处理温度：1500℃，保温时间2h。
步骤6：渗硅处理
将步骤5热处理后的材料在真空炉中进行渗硅处理，浸渗温度：1600℃，保温时间：2h；然后继续升温至1800℃保温3h；保温结束后随炉冷却至室温，得到Ti3SiC2陶瓷粉均匀分布的碳陶刹车材料。
制备的Ti3SiC2改性碳陶刹车材料的密度为～2.2g/cm3，弯曲强度～200Mpa，断裂韧性～12MPa·m1/2，室温导热系数～44W/mK，模拟高铁刹车条件得到的摩擦系数～0.45，线磨损率～1.0μm/次。

Claims (6)

1.一种高速列车用碳陶刹车材料的制造方法，该方法依次包括以下步骤：
步骤1，碳纤维预制体的制备
将若干层的单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加到纤维预制体的厚度，并通过接力针刺制备出碳纤维预制体；其中，针刺密度为25～30针/cm2，体积密度为0.4～0.55g/cm3，其中胎网层与无纬布层的体积比约为1∶1～1∶3；
步骤2，Ti3SiC2浆料的制备
首先称取一定量的羧甲基纤维素钠溶于水，配成质量分数为0.5％-1％的羧甲基纤维素钠水溶液，称取一定量的粒度为0.5～2μm的Ti3SiC2，加入质量分数0.5％-1％的羧甲基纤维素钠水溶液中，球磨制备含Ti3SiC2质量分数为40～60％的Ti3SiC2浆料，调整pH值于9-12以控制粉料分散性，得到Ti3SiC2浆料；
步骤3，含Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体的制备
在室温下，将步骤1制备的碳纤维预制体置入真空浸渍罐中，抽真空到罐内压力达到1000Pa以下，停止抽真空；接着将步骤2制备的Ti3SiC2浆料在大气压的作用下压入浸渍罐中并浸没所述的碳纤维预制体；然后对浸渍罐内的浆料施加1～2MPa的气压，保压后泄压并取出浸有Ti3SiC2的碳纤维预制体，然后将所述浸有Ti3SiC2的碳纤维预制体置于烘箱内干燥，制得均匀分布Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体；
步骤4，含Ti3SiC2陶瓷粉的低密度碳/碳复合材料的制备
以丙烯或天然气作为反应气体，在步骤3制备的含Ti3SiC2陶瓷粉的碳纤维预制体内沉积热解碳，制备出密度为1.2～1.6g/cm3的含Ti3SiC2陶瓷粉的碳/碳复合材料；
步骤5，高温处理
将步骤4制备的碳/碳复合材料在氮气或氩气气氛下进行高温处理，得到热处理的含Ti3SiC2陶瓷粉的碳/碳复合材料；
步骤6：渗硅处理
将步骤5制备的热处理后的含Ti3SiC2陶瓷粉的碳/碳复合材料在真空炉中进行渗硅处理，继续升温后保温；保温结束后随炉冷却至室温，得到Ti3SiC2陶瓷粉均匀分布的碳陶刹车材料。
2.根据权利要求1所述的碳陶刹车材料的制造方法，其特征在于步骤2中所述球磨时间为24～48小时。
3.根据权利要求1或2所述的碳陶刹车材料的制造方法，其特征在于步骤3中所述的保压时间为10～30min，干燥温度为150～200℃，干燥时间为3～5小时。
4.根据权利要求1-3之一所述的碳陶刹车材料的制造方法，其特征在于步骤4中所述的沉积温度为930～1100℃，沉积时间为200～400h。
5.根据权利要求1-4之一所述的碳陶刹车材料的制造方法，其特征在于步骤5中所述的热处理温度为1450～1550℃，保温时间为1～3h。
6.根据权利要求1-5之一所述的碳陶刹车材料的制造方法，其特征在于步骤6中所述的浸渗温度为1550～1600℃，浸渗时间为1～2h；保温温度为1750～1800℃，保温时间为3～5h。
CN201610910207.1A 2016-10-12 2016-10-12 一种高速列车用碳陶刹车材料的制造方法 Pending CN107935617A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610910207.1A CN107935617A (zh) 2016-10-12 2016-10-12 一种高速列车用碳陶刹车材料的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610910207.1A CN107935617A (zh) 2016-10-12 2016-10-12 一种高速列车用碳陶刹车材料的制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107935617A true CN107935617A (zh) 2018-04-20

Family

ID=61929003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610910207.1A Pending CN107935617A (zh) 2016-10-12 2016-10-12 一种高速列车用碳陶刹车材料的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107935617A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108644260A (zh) * 2018-05-16 2018-10-12 湖南世鑫新材料有限公司 一种高速列车用轻量一体化制动轴盘的制备方法
CN110407206A (zh) * 2019-09-06 2019-11-05 华北理工大学 一种钛修饰膨胀石墨的改性方法
CN110668838A (zh) * 2019-10-31 2020-01-10 贵阳天龙摩擦材料有限公司 一种碳陶刹车构件及其制备方法
CN112430110A (zh) * 2019-08-10 2021-03-02 山东道普安制动材料有限公司 一种低磨损汽车碳/陶刹车片的制备方法
CN113563095A (zh) * 2020-04-28 2021-10-29 安泰科技股份有限公司 金属陶瓷闸片、碳陶制动盘的制备方法及摩擦副对偶
CN114278692A (zh) * 2022-01-05 2022-04-05 中国人民解放军63963部队 一种重载车辆用盘式制动器摩擦副及其制造方法
CN116768640A (zh) * 2022-03-11 2023-09-19 北京航空航天大学合肥创新研究院(北京航空航天大学合肥研究生院) 一种连续纤维增韧max相陶瓷基复合材料预浸料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0956276B1 (fr) * 1996-10-14 2003-12-03 SOCIETE NATIONALE D'ETUDE ET DE CONSTRUCTION DE MOTEURS D'AVIATION -Snecma Element de friction en materiau composite carbone/carbone-carbure de silicium et procede pour sa fabrication
CN101508591A (zh) * 2008-11-10 2009-08-19 西北工业大学 Ti3SiC2改性C/SiC复合材料的制备方法
CN102659443A (zh) * 2012-04-28 2012-09-12 中南大学 一种城市轨道车辆用炭陶制动闸瓦及其制造方法
CN103058711A (zh) * 2012-12-14 2013-04-24 西北工业大学 一种通过超高温陶瓷粉基体改性制备超高温陶瓷基复合材料的方法
JP2014055074A (ja) * 2012-09-11 2014-03-27 National Institute For Materials Science Ｔｉ３ＳｉＣ２常圧焼結体及びその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0956276B1 (fr) * 1996-10-14 2003-12-03 SOCIETE NATIONALE D'ETUDE ET DE CONSTRUCTION DE MOTEURS D'AVIATION -Snecma Element de friction en materiau composite carbone/carbone-carbure de silicium et procede pour sa fabrication
CN101508591A (zh) * 2008-11-10 2009-08-19 西北工业大学 Ti3SiC2改性C/SiC复合材料的制备方法
CN102659443A (zh) * 2012-04-28 2012-09-12 中南大学 一种城市轨道车辆用炭陶制动闸瓦及其制造方法
JP2014055074A (ja) * 2012-09-11 2014-03-27 National Institute For Materials Science Ｔｉ３ＳｉＣ２常圧焼結体及びその製造方法
CN103058711A (zh) * 2012-12-14 2013-04-24 西北工业大学 一种通过超高温陶瓷粉基体改性制备超高温陶瓷基复合材料的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
范晓孟: "Ti3SiC2改性C/SiC复合材料的性能研究", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108644260A (zh) * 2018-05-16 2018-10-12 湖南世鑫新材料有限公司 一种高速列车用轻量一体化制动轴盘的制备方法
CN112430110A (zh) * 2019-08-10 2021-03-02 山东道普安制动材料有限公司 一种低磨损汽车碳/陶刹车片的制备方法
CN110407206A (zh) * 2019-09-06 2019-11-05 华北理工大学 一种钛修饰膨胀石墨的改性方法
CN110668838A (zh) * 2019-10-31 2020-01-10 贵阳天龙摩擦材料有限公司 一种碳陶刹车构件及其制备方法
CN110668838B (zh) * 2019-10-31 2022-04-01 贵阳天龙摩擦材料有限公司 一种碳陶刹车构件及其制备方法
CN113563095A (zh) * 2020-04-28 2021-10-29 安泰科技股份有限公司 金属陶瓷闸片、碳陶制动盘的制备方法及摩擦副对偶
CN114278692A (zh) * 2022-01-05 2022-04-05 中国人民解放军63963部队 一种重载车辆用盘式制动器摩擦副及其制造方法
CN114278692B (zh) * 2022-01-05 2022-10-04 中国人民解放军63963部队 一种重载车辆用盘式制动器摩擦副及其制造方法
CN116768640A (zh) * 2022-03-11 2023-09-19 北京航空航天大学合肥创新研究院(北京航空航天大学合肥研究生院) 一种连续纤维增韧max相陶瓷基复合材料预浸料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107935617A (zh) 一种高速列车用碳陶刹车材料的制造方法
CN112341235B (zh) 超高温自愈合陶瓷基复合材料的多相耦合快速致密化方法
CN102910927B (zh) 一种自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法
CN101863665A (zh) 自愈合抗氧化功能纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法
CN107266075A (zh) 一种C/C‑SiC复合材料及其制备方法和应用
CN102515870A (zh) 一种C/SiC-ZrB2-ZrC超高温陶瓷基复合材料的制备方法
CN109437943B (zh) 一种Cf/C-SiC-ZrB2复合材料及其制备方法
CN103964882A (zh) 一种纤维增强超高温陶瓷基复合材料的制备方法
CN106007758A (zh) 增韧的氮化硅结合碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法
CN110304924B (zh) 一种层状结构碳化硅复合材料及其制备方法
CN106966741B (zh) 碳纤维增强碳-碳化硅双基体复合材料的制备方法
CN105503227A (zh) 一种立体织物增强碳化硅-金刚石复合材料的制备方法
CN106478125A (zh) 一种B4C改性C/C‑SiC刹车材料的制备方法
CN103266470A (zh) 一种碳纤维抗氧化涂层及其制备方法
CN103332943A (zh) 基于液硅熔渗法制备碳陶基复合材料的微结构设计及性能控制方法
CN104712691A (zh) 一种碳纤维增强SiC基复合材料汽车刹车片的成型方法
CN103724032B (zh) 一种二维纤维布增强氮化硅-碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法
CN109231993A (zh) 一种含自润滑相高强度炭纤维增强陶瓷基体摩擦材料及其制备方法
WO2012066352A1 (en) Material for a brake disc
CN113480320B (zh) 一种高抗应力开裂的SiCf/SiC陶瓷基复合材料及其制备方法
CN108129156A (zh) 一种碳陶复合材料及其先驱体浸渍制备方法
CN103668012A (zh) 一种增强型铜基复合材料及其制备方法和应用
CN112409008A (zh) 一种抗磨损碳/陶刹车材料的制备方法
CN104529499A (zh) 一种自愈合碳化硅纤维增强硅硼氮碳复合材料的制备方法
CN108727049B (zh) 一种Cf/SiC-HfC超高温陶瓷基复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
DD01 Delivery of document by public notice
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Li Jianguo

Document name: Deemed as a notice of withdrawal

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180420