一种工业制动器用炭/陶制动衬片的制造方法

摘要

本发明公开了一种工业制动器用炭/陶制动衬片的制造方法，首先采用针刺的方法制备炭纤维预制体，对其进行高温热处理后采用化学气相渗透法制得低密度的C/C复合材料，对C/C复合材料进行高温热处理后进行机加工，然后在高温真空炉中对C/C材料进行熔融渗硅，通过Si与C反应形成SiC制得C/C-SiC制动材料，最后将C/C-SiC制动材料进行机加工后用铆钉将其与钢背进行冷铆接，制得所需的工业制动器用C/C-SiC制动衬片。本发明是一种所制造的炭/陶制动衬片具有较高的力学性能和优异的摩擦磨损性能的工业制动器用炭/陶制动衬片的制造方法。

主权项

一种工业制动器用炭/陶制动衬片的制造方法，首先采用针刺的方法制备炭纤维预制体，对其进行高温热处理后采用化学气相渗透法制得低密度的C/C复合材料，对C/C复合材料进行高温热处理后进行机加工，然后在高温真空炉中对C/C材料进行熔融渗硅，通过Si与C反应形成SiC制得C/C-SiC制动材料，最后将C/C-SiC制动材料进行机加工后用铆钉将其与钢背进行冷铆接，制得所需的工业制动器用C/C-SiC制动衬片，其特征在于：包括下列步骤：(1)针刺炭纤维预制体将单层0°无纬布、胎网、90°无纬布、胎网依次循环叠加，或者全部采用胎网叠加，然后采用接力式针刺的方法在垂直于铺层方向引入炭纤维束制成炭纤维预制体，预制体密度根据最终产品要求可设计在0.1～0.65g/cm3之间；(2)前高温热处理将制得的炭纤维预制体在高温处理炉进行高温热处理，热处理温度为1500～2100℃，全程时间3～10小时，压力为微正压，惰性气体保护；(3)化学气相渗透采用快速化学气相渗透法对经过高温热处理后的炭纤维预制体进行热解炭增密，制得密度为1.0～1.6g/cm3的低密度炭纤维增强基体炭(C/C)复合材料，化学气相渗透的碳源气体为甲烷、丙烯、丙烷或者天然气，稀释气体为氮气、氢气或其混合气体，碳源气体与稀释气体之体积比为1∶1～3，沉积时间为120～300小时，沉积温度为900～1100℃；(4)后高温热处理在保护气氛下，将制得的低密度C/C复合材料在高温感应处理炉进行2000～2300℃的高温热处理，处理时为微正压，惰性气体保护；或不进行该高温热处理，而在后续步骤(7)的熔融渗硅时适当提高50～150℃浸渗的温度；(5)一次机加工将制得的低密度C/C复合材料按相应衬片尺寸进行机加工，C/C坯体四周的尺寸按衬片尺寸的负公差加工，在厚度方向留出1mm的后续加工余量，得到低密度C/C复合材料坯体；(6)钻铆钉孔采用硬质合金或金刚石钻头在机加工后的低密度C/C复合材料坯体上加工与钢背铆钉连接的沉孔，沉孔小端直径和高度根据制动衬片需提供的制动力矩计算；(7)熔融渗硅将加工后的低密度C/C复合材料坯体置于装有硅粉的石墨坩锅中在高温真空炉中进行熔融渗硅，通过Si与C反应形成SiC得到C/C-SiC制动衬片；由C/C-SiC制动衬片的预期密度和C/C复合材料坯体密度两者之差计算出熔融渗硅过程中需生成的硅化碳含量，进而计算出硅-碳反应中理论需硅量，取理论需硅量的1.1～2.0倍硅粉置于石墨坩锅中铺平，将低密度C/C复合材料坯体平铺于硅粉上并轻压，将装有硅粉和低密度C/C复合材料坯体的石墨坩锅置于高温真空炉中进行熔融渗硅制得密度为1.8～2.4g/cm3的C/C-SiC制动材料，高温真空炉内采用负压或充入惰性气体产生微正压，硅粉纯度为大于99％，粒度为0.01～0.1mm，熔融渗硅的温度为1500～1900℃，在最高温度点保温0.5～2.0h；(8)二次机加工将制得的C/C-SiC制动衬片在磨床上采用金刚石砂轮对摩擦面进行表面加工，使C/C-SiC制动衬片厚度达到产品的厚度要求；(9)铆接将铆钉孔打磨后，在沉孔小端紧配合套上铜质或钢质的铆钉套，然后采用铜质或钢质铆钉将C/C-SiC制动衬片和钢背进行冷铆接。