一种制动面涂料及其应用、一种碳陶刹车盘及其制备方法与流程

本发明属于碳陶制动盘制备，具体涉及一种制动面涂料及其应用、一种碳陶刹车盘及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，碳纤维增强碳基及碳化硅陶瓷基复合材料(简称：碳陶)由于具有耐磨、质轻以及耐高温等优异性能，其作为新一代制动领域的高性能摩擦材料而广泛应用在制动盘的制备中。

2、现在市场大部分的碳陶制动盘制备时，一般是对碳基毛坯进行精加工，首先在制动盘面开好凹槽，配置粉料，把粉料均匀的铺在凹槽上，在热压力机上进行固化从而实现渗硅工艺，然而由于碳基毛坯本身会存在密度和孔隙不均的问题，导致渗硅后制动盘表面容易存在裂纹，表面不同区域的碳化硅涂层密度差异大。若将其应用于高速列车制动领域时，由于刹车过程中会产生巨大的热量使得制动盘温度急剧上升(可达到1000℃以上的高温)，对于碳陶制动盘表面有碳化硅材料覆盖的部分可承受高温的冲击，但对于表面裂缝处未被碳化硅覆盖的碳纤维或碳基体则容易在高温条件下发生氧化，从而导致碳陶制动盘表面形成一定的氧化侵蚀凹坑，最终影响到整个碳陶制动盘的使用寿命以及制动性能的稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种制动面涂料及其应用、一种碳陶刹车盘及其制备方法，本发明提供的制动面涂料用于制备碳陶刹车盘，得到的碳陶刹车盘的涂层和盘体粘接性强，涂层不易脱落，渗硅后大大减少裂纹缺陷，得到的碳陶刹车盘的强度高，制动稳定性好，使用寿命长。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种制动面涂料，包括以下质量百分含量的组分：

4、碳化硅75～80％，第一液态酚醛树脂10～15％，预浸短切碳纤维丝10～15％；所述预浸短切碳纤维丝由碳纤维丝经树脂浸渍液浸泡后热固化得到；所述第一液态酚醛树脂的固含量为60～65％；所述预浸短切碳纤维丝的长度≤10mm。

5、优选的，所述预浸短切碳纤维丝的制备方法包括以下步骤：

6、将碳纤维丝浸泡于树脂浸渍液中，得到浸渍碳纤维丝，所述树脂浸渍液包括第二液态酚醛树脂和乙醇；

7、将所述浸渍碳纤维丝加热进行热固化后裁切，得到所述预浸短切碳纤维丝。

8、优选的，所述第二液态酚醛树脂的固含量为60～65％；所述第二液态酚醛树脂和乙醇的质量比为4:1；

9、所述热固化的温度为100～120℃，时间为90min。

10、本发明提供了上述技术方案所述的制动面涂料在制备碳陶刹车盘中的应用。

11、本发明提供了一种碳陶刹车盘的制备方法，包括以下步骤：

12、使用短切碳纤维丝制备得到网胎，所述短切碳纤维丝的长度≤6cm；使用长碳纤维丝制备得到无纬布；

13、采用一层网胎和一层无纬布的循环铺层方式，其中无纬布为0°和90°两个方向交替使用，每铺设一层无针刺一遍，得到预制体；

14、采用第三液体酚醛树脂稀释溶液涂布所述预制体后加热进行热固化，得到固化预制体；

15、以天然气为碳源气体，采用化学气相沉积的方法对所述固化预制体进行碳致密化，得到c/c预制体；

16、将所述c/c预制体进行石墨化处理，得到碳碳毛坯；

17、采用上述技术方案所述的制动面涂料涂布在所述碳碳毛坯表面，然后进行热压处理，得到半成品；

18、将所述半成品进行渗硅处理，得到所述碳陶刹车盘。

19、优选的，所述网胎的面密度为140g/cm2，所述无纬布的面积度为220g/cm2；所述循环铺层的总铺设层数为80层；所述预制体的密度为0.45g/cm3。

20、优选的，所述第三液体酚醛树脂稀释溶液包括第三液体酚醛树脂和乙醇，所述第三液体酚醛树脂的固含量为60～65％；所述第三液态酚醛树脂和乙醇的质量比为1:2；所述第三液体酚醛树脂稀释溶液的涂布质量为所述预制体质量的10～12％；所述热固化的温度为200℃，时间为2h。

21、优选的，所述化学气相沉积的条件包括：沉积温度为1120℃；天然气的流量为200slm；辅助气体为乙烷，辅助气体的流量为30slm；炉膛压力为4kpa；沉积时间为160h；

22、所述c/c预制体的密度为1.35g/cm3。

23、所述石墨化处理的条件包括：真空度≤0.5kpa，升温速率220℃/h，升温温度为1100℃，充ar气至炉压1kpa，然后停ar气，继续以200℃/h的升温速率升温至2100℃，保温80h。

24、优选的，所述涂布的厚度为3mm；所述热压处理的步骤包括：将涂布有制动面涂料的碳碳毛坯置于闭合工装中，然后置于热压机中进行热压处理；所述热压机的上压板和下压板的温度为250℃，所述热压处理的压力为20～25mpa，热压时间为3h。

25、本发明提供了上述技术方案所述的制备方法得到的碳陶刹车盘。

26、本发明提供了一种制动面涂料，包括以下质量百分含量的组分：碳化硅75～80％，第一液态酚醛树脂10～15％，预浸短切碳纤维丝10～15％；所述预浸短切碳纤维丝由碳纤维丝经树脂浸渍液浸泡后热固化得到；所述第一液态酚醛树脂的固含量为60～65％；所述预浸短切碳纤维丝的长度≤10mm。本发明提供的制动面涂料用于制备碳陶刹车盘，由于制动面涂料中含有预浸短切碳纤维丝，渗硅后得到的刹车面的不仅裂纹变小，且裂纹分布的地方被预浸短切碳纤维丝拦截，同时预浸短切碳纤维丝与第一液态酚醛树脂结合，并控制各组分的质量含量，使表面刹车涂层与盘体的粘接力大大增强，涂层不易脱落的基础上，避免预浸短切碳纤维丝用量过多导致表面的耐磨性变小，影响制动效果，得到的碳陶刹车盘的强度高，制动稳定性好，使用寿命长。

27、本发明提供了一种碳陶刹车盘的制备方法，包括以下步骤：使用短切碳纤维丝制备得到网胎，所述短切碳纤维丝的长度≤6cm；使用长碳纤维丝制备得到无纬布；采用一层网胎和一层无纬布的循环铺层方式，其中无纬布为0°和90°两个方向交替使用，每铺设一层无针刺一遍，得到预制体；采用第三液体酚醛树脂稀释溶液涂布所述预制体后加热进行热固化，得到固化预制体；以天然气为碳源气体，采用化学气相沉积(cvi)的方法对所述固化预制体进行碳致密化，得到c/c预制体；将所述c/c预制体进行石墨化处理，得到碳碳毛坯；采用上述技术方案所述的制动面涂料涂布在所述碳碳毛坯表面，然后进行热压处理，得到半成品；将所述半成品进行渗硅处理，得到所述碳陶刹车盘。本发明提供的制备方法首先通过合理设置操作步骤制备得到强度性能好的碳碳毛坯，然后采用上述技术方案提供的制动面涂料在碳碳毛坯表面涂布粉料层；然后通过热压和渗硅处理，得到的碳陶刹车盘强度高，制动稳定性好，使用寿命长。

技术特征：

1.一种制动面涂料，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：

2.根据权利要求1所述的制动面涂料，其特征在于，所述预浸短切碳纤维丝的制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制动面涂料，其特征在于，所述第二液态酚醛树脂的固含量为60～65％；所述第二液态酚醛树脂和乙醇的质量比为4:1；

4.权利要求1～3任一项所述的制动面涂料在制备碳陶刹车盘中的应用。

5.一种碳陶刹车盘的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述网胎的面密度为140g/cm2，所述无纬布的面积度为220g/cm2；所述循环铺层的总铺设层数为80层；所述预制体的密度为0.45g/cm3。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第三液体酚醛树脂稀释溶液包括第三液体酚醛树脂和乙醇，所述第三液体酚醛树脂的固含量为60～65％；所述第三液态酚醛树脂和乙醇的质量比为1:2；所述第三液体酚醛树脂稀释溶液的涂布质量为所述预制体质量的10～12％；所述热固化的温度为200℃，时间为2h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积的条件包括：沉积温度为1120℃；天然气的流量为200slm；辅助气体为乙烷，辅助气体的流量为30slm；炉膛压力为4kpa；沉积时间为160h；

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述涂布的厚度为3mm；所述热压处理的步骤包括：将涂布有制动面涂料的碳碳毛坯置于闭合工装中，然后置于热压机中进行热压处理；所述热压机的上压板和下压板的温度为250℃，所述热压处理的压力为20～25mpa，热压时间为3h。

10.权利要求5～9任一项所述的制备方法得到的碳陶刹车盘。

技术总结本发明属于碳陶制动盘制备技术领域，具体涉及一种制动面涂料及其应用、一种碳陶刹车盘及其制备方法。本发明的制动面涂料包括：碳化硅75～80％，第一液态酚醛树脂10～15％，预浸短切碳纤维丝10～15％；所述预浸短切碳纤维丝由碳纤维丝经树脂浸渍液浸泡后热固化得到；所述第一液态酚醛树脂的固含量为60～65％；所述预浸短切碳纤维丝的长度≤10mm。本发明提供的制动面涂料用于制备碳陶刹车盘，使表面刹车涂层与盘体的粘接力大大增强，涂层不易脱落的基础上，避免涂层表面的耐磨性变小，影响制动效果，得到的碳陶刹车盘的强度高，制动稳定性好，使用寿命长。技术研发人员：罗军,赖祯平,李兆晟受保护的技术使用者：上海康碳复合材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11