一种高速列车碳/碳制动材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种高速列车制动材料制备的技术领域，尤其是一种高速列车制动用碳/碳复合材料的制备方法。特征在于用大丝束聚丙烯腈碳纤维或大丝束聚丙烯腈预氧丝无纬布和短切纤维薄毡针刺形成坯体，用快速液气相沉积法在碳纤维表面沉积热解碳层，使坯体致密到1.50g/cm³左右，再用中压浸渍、中压碳化方法进一步使坯体致密到1.70g/cm³～1.80g/cm³，形成碳/碳复合材料预制件，将该预制件进行高温石墨化处理得到高速列车制动用碳/碳复合材料。本发明通过采用低价的大丝束聚丙烯腈基碳纤维和快速液气相沉积致密技术，综合运用中压浸渍、中压碳化技术，有效解决了制约碳/碳复合材料应用的成本问题。

主权项

1. 一种高速列车碳/碳制动材料的制备方法，包括下列步骤：(1)坯体的制备选择大于等于48K大丝束聚丙烯腈基碳纤维或大丝束聚丙烯腈基预氧丝铺成无纬布，短切大丝束聚丙烯腈基碳纤维或大丝束聚丙烯腈基预氧丝制成薄毡，一层无纬布与一层薄毡相叠层，相邻两层无纬布呈0～90°铺层，用TN1200-YCX型预成型针刺机和TN700-CX型成形针刺机夹层针刺得圆盘状整体碳毡坯体；(2)坯体的化学液气相沉积法致密采用化学液气相沉积法对步骤(1)制得的坯体进行致密化处理，化学液气相沉积在自制的感应加热液气相沉积炉中完成，将步骤(1)制得的圆盘状坯体固定在炉中圆柱状发热体上，炉中加入液态烃将坯体浸没，通电升温，当系统加热到900—1200℃温度后，在与坯体接触的固一液界面上，液态烃吸收热量转化为气态，被气化的液态烃通过坯体的孔隙结构迅速渗入坯体内部，发生裂解反应沉积出热解碳，液态烃沸腾气化热损失使坯体外侧温度下降而与发热体接触的内侧仍保持高温，这样在坯体内部产生较大的温度梯度，随着内部的孔隙结构逐渐被封填，致密化前沿从坯体内侧逐渐向外侧推移，最后获得内外部都均匀致密、密度为1.50g/cm3-1.60g/cm3的碳/碳复合材料，在坯体的化学液气相沉积法致密过程中持续通入保护性气体N2或氩气，流量30—120L/h，直到炉温降至室温为止；(3)化学液气相沉积致密件的中压浸渍-碳化致密对经步骤(2)致密化后密度达不到要求的坯体，继续用中压浸渍、中压碳化的方法反复致密化处理，即在浸渍釜中将步骤(2)致密化后密度达不到要求的坯体浸于液态烃中，2-5Mpa中等压力、150-300℃温度条件下于液态烃中浸渍1-4h，使液态烃逐渐渗入坯体并填充坯体中残留的空隙，再将浸渍后的坯体放在真空碳化炉中热处理，使渗入的液态烃碳化，炉中压力：6～10Mpa，温度：800-1000℃，时间：2-5h，使坯体致密到1.70g/cm3～1.80g/cm3，形成碳/碳复合材料预制件；(4)致密化坯体预制件的高温石墨化处理对经步骤(2)、步骤(3)致密化后密度达到要求的碳/碳复合材料预制件在高温石墨化炉中进行高温石墨化处理，使预制件中乱层结构碳向三维有序的石墨晶体转变，石墨化处理时先对炉体系统抽真空，真空度达—0.1MPa后充入保护气体高纯氩气，气体流量为20-30L·h-1，石墨化温度：1800℃-2800℃，保温时间：1-3h，升温速率：1℃·min-1-10℃·min-1，致密化坯体的高温石墨化处理工艺结束后自由降温，待炉冷却后取样。