超聲波分散硼化鋯碳化硅-碳纖維摩擦材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維和陶瓷材料復合的摩擦材料的制備方法，屬于復合材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002]摩擦材料目前主要采用的是碳纖維和碳(C/C)復合材料，由于C/C復合材料的耐磨性能相對較低，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復合材料在潮濕的環(huán)境中，它的摩擦性能會降低，給使用帶來嚴重的安全隱患。

【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、實現(xiàn)制備更高強度、更高摩擦性能及適應各種氣候條件的摩擦材料的制備方法。其技術方案為:
超聲波分散硼化鋯碳化硅-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行滲碳處理后進行超聲波分散硼化鋯填充處理，再進行沉積碳化硅處理，再進行埋入滲硅處理，然后在氮氣氣氛中氮化處理制得超聲波分散硼化鋯碳化硅-碳纖維摩擦材料，具體步驟如下:
(1)將密度為0.1-1.8g/cm3石墨化的碳纖維毯在900?1100°C溫度下通入丙烷氣和氮氣的混合氣體，丙烷氣:氮氣的摩爾比為1:4?6，流量控制在50?600ml/min，滲碳處理10?24小時獲得滲碳碳纖維毯；
(2)將上述滲碳碳纖維毯浸入粒度小于0.3μπι含量為5?20%硼化鋯的漿料里，置于超聲波清洗器中填充硼化鋯處理30?50分鐘，取出干燥后制得填充硼化鋯碳纖維毯，其中，漿料為含聚丙烯酸銨0.5-1.5%ρΗ值為9?11的水溶液；
(3)將上述填充硼化鋯碳纖維毯在900?1100°C溫度下通入三氯甲基硅烷氣、氫氣和氬氣的混合氣體，沉積碳化硅處理10?24小時獲得沉積碳化硅碳纖維毯，其中，三氯甲基硅烷氣:氫氣:氬氣的摩爾比為1: 3~5:3?5，流量為50~600ml/min ；
(4)將上述沉積碳化硅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1~3%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小時制得超聲波分散硼化鋯碳化硅-碳纖維摩擦材料。
[0004]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點為:
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硅、硼化鋯、氮化硅復合的一種高強度、高摩擦性能、適應各種氣候條件下的摩擦材料；
3、通過滲碳、填充硼化鋯、沉積碳化硅、埋入滲硅及氮化等步驟實現(xiàn)摩擦材料的制備，滲碳和沉積碳化硅兩個步驟是為了保護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硅涂層，因為在滲硅的過程中碳化硅涂層會阻擋硅蒸汽的滲入，碳化硅涂層一旦滲漏，滲碳涂層與硅蒸汽反應生成碳化硅進一步阻擋硅蒸汽，從而保護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硅會需要很長時間才能達到致密化，制造成本很高，采用填充硼化鋯和埋入滲硅的方法填充碳纖維毯的空隙就會非常方便，省時省力，同時填充硼化錯能夠進一步提高摩擦材料的耐磨性能；
5、本發(fā)明利用滲碳碳纖維的柔韌性，通過超聲波的作用在漿料中產(chǎn)生微泡，當聲壓或者聲強到達一定程度時，微泡就會迅速膨脹，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，將硼化鋯顆粒強制填充到碳纖維毯的空隙中，達到填隙的目的；
6、采用漿料分散硼化鋯填充處理，可以有效提高硼化鋯顆粒懸浮性能，提高填充效率，在氮化過程中生成氮化硅將硼化鋯顆粒牢固地結(jié)合在一起；
7、由于滲入的金屬硅熔點較低為1420°C左右，摩擦材料工作面的溫度瞬時可達近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，提高摩擦材料的性能和使用壽命。
【具體實施方式】
[0005]實施例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氣的混合氣體，丙燒氣:氮氣的的摩爾比為1:4，流量控制在50ml/min，滲碳處理24小時獲得滲碳碳纖維越;
(2)將上述滲碳碳纖維毯浸入粒度小于0.3μπι含量為5%硼化鋯的漿料里，置于超聲波清洗器中填充硼化鋯處理50分鐘，取出干燥后制得填充硼化鋯碳纖維毯，漿料為含聚丙烯酸銨1.5%ρΗ值為9的水溶液；
(3)將上述填充硼化鋯碳纖維毯在900°C溫度下通入三氯甲基硅烷氣、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯甲基硅烷氣:氫氣:氬氣的摩爾比為1:5: 5，流量控制在50ml/min，沉積碳化硅處理24小時獲得沉積碳化硅碳纖維毯；
(4)將上述沉積碳化硅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小時制得硼化鋯碳化硅-碳纖維摩擦材料。
[0006]實施例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氣的混合氣體，丙烷氣:氮氣的的摩爾比為1: 5，流量控制在350ml/min，滲碳處理18小時獲得滲碳碳纖維毯；
(2)將上述滲碳碳纖維毯浸入粒度小于0.3μπι含量為12%硼化鋯的漿料里，置于超聲波清洗器中填充硼化鋯處理40分鐘，取出干燥后制得填充硼化鋯碳纖維毯，漿料為含聚丙烯酸錢1 %pH值為10的水溶液；
(3)將上述填充硼化鋯碳纖維毯在1000°C溫度下通入三氯甲基硅烷氣、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯甲基硅烷氣:氫氣:氬氣的摩爾比為1:4:4，流量控制在350ml/min，沉積碳化硅處理18小時獲得沉積碳化硅碳纖維毯；
(4)將上述沉積碳化硅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小時制得硼化鋯碳化硅-碳纖維摩擦材料。
[0007] 實施例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氣的混合氣體，丙燒氣:氮氣的的摩爾比為1: 6，流量控制在600ml/min，滲碳處理10小時獲得滲碳碳纖維毯；
(2)將上述滲碳碳纖維毯浸入粒度小于0.3μπι含量為20%硼化鋯的漿料里，置于超聲波清洗器中填充硼化鋯處理30分鐘，取出干燥后制得填充硼化鋯碳纖維毯，漿料為含聚丙烯酸銨0.5%ρΗ值為11的水溶液；
(3)將上述填充硼化鋯碳纖維毯在1100°C溫度下通入三氯甲基硅烷氣、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯甲基硅烷氣:氫氣:氬氣的摩爾比為1: 3: 3，流量控制在600ml/min，沉積碳化硅處理10小時獲得沉積碳化硅碳纖維毯；
(4)將上述沉積碳化硅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小時制得硼化鋯碳化硅-碳纖維摩擦材料。
【主權項】
1.超聲波分散硼化鋯碳化硅-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行滲碳處理后進行超聲波分散硼化鋯填充處理，再進行沉積碳化硅處理，再進行埋入滲硅處理，然后在氮氣氣氛中氮化處理制得超聲波分散硼化鋯碳化硅-碳纖維摩擦材料，具體步驟如下: (1)將密度為0.1-1.8g/cm3石墨化的碳纖維毯在900?1100°C溫度下通入丙烷氣和氮氣的混合氣體，丙烷氣:氮氣的摩爾比為1:4?6，流量控制在50?600ml/min，滲碳處理10?24小時獲得滲碳碳纖維毯； (2)將上述滲碳碳纖維毯浸入粒度小于0.3μπι含量為5?20%硼化鋯的漿料里，置于超聲波清洗器中填充硼化鋯處理30?50分鐘，取出干燥后制得填充硼化鋯碳纖維毯，其中，漿料為含聚丙烯酸銨0.5-1.5%ρΗ值為9?11的水溶液； (3)將上述填充硼化鋯碳纖維毯在900?1100°C溫度下通入三氯甲基硅烷氣、氫氣和氬氣的混合氣體，沉積碳化硅處理10?24小時獲得沉積碳化硅碳纖維毯，其中，三氯甲基硅烷氣:氫氣:氬氣的摩爾比為1: 3~5:3?5，流量為50?600ml/min; (4)將上述沉積碳化硅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1~3%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小時制得超聲波分散硼化鋯碳化硅-碳纖維摩擦材料。
【專利摘要】超聲波分散硼化鋯碳化硅-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行滲碳處理后進行超聲波分散硼化鋯填充處理，再進行沉積碳化硅處理，再進行埋入滲硅處理，然后在氮氣氣氛中氮化處理制得超聲波分散硼化鋯碳化硅-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、填充硼化鋯、沉積碳化硅、埋入滲硅及氮化等步驟實現(xiàn)摩擦材料的制備，所制備的摩擦材料高強度、高韌性、高摩擦性能，是適應各種氣候條件下的摩擦材料。
【IPC分類】C04B35/634, C04B35/65, C04B35/622, C04B38/00, C04B35/591, C04B35/565, C04B35/58, C04B35/80
【公開號】CN105481418
【申請?zhí)枴緾N201610014276
【發(fā)明人】唐竹興
【申請人】山東理工大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2016年1月11日