一種氮化硅-碳化硼-碳纖維摩擦材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發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境中，它的摩擦性能會降低，給使用帶來嚴重的安全隱患。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種能克服上述缺陷、實現制備更高強度、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:
一種氮化硅-碳化硼-碳纖維摩擦材料的制備方法是將密度為0.1?1.8g/cm3石墨化的碳纖維毯進行滲碳處理后進行沉積碳化硼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氮化硅-碳化硼-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:氮氣的的摩爾比為1:4?6，流量控制在50?600 ml/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在900?1100°C溫度下通入三氯化硼、甲烷、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯化硼:甲烷:氫氣:氬氣的摩爾比為1:1?2:3?6:4?6，流量控制在50?600ml/min，沉積碳化硼處理10?24小時獲得沉積碳化硼碳纖維毯；
(3)將上述沉積碳化硼碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛下1500?1800°C的溫度下滲硅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%外加5?15%濃度為0.2-0.6%的聚乙烯醇水溶液均勻混合后干燥制得；
(4)將上述滲硅碳纖維毯在1350?1700°C的溫度下氮化處理10?24小時制得氮化硅-碳化硼-碳纖維摩擦材料。
[0004]本發明與現有技術相比，其優點為:
1、本發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、本發明制備的摩擦材料是由碳纖維和碳化硼、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、沉積碳化硼、埋入滲硅及氮化等步驟實現摩擦材料的制備，滲碳和沉積碳化硼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硼涂層，因為在滲硅的過程中碳化硼涂層會阻擋硅蒸汽的滲入，碳化硼涂層一旦滲漏，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硼會需要很長時間才能達到致密化，制造成本很高，采用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，同時能夠進一步提高摩擦材料的耐磨性能；
5、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，形成微孔結構的摩擦材料，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在900°C溫度下通入三氯化硼、甲烷、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯化硼:甲烷:氫氣:氬氣的摩爾比為1:1:3:4，流量控制在50ml/min，沉積碳化硼處理24小時獲得沉積碳化硼碳纖維毯；
(3)將上述沉積碳化硼碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛下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；
(4)將上述滲硅碳纖維毯在1350°C的溫度下氮化處理24小時制得氮化硅-碳化硼-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在1000°C溫度下通入三氯化硼、甲烷、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯化硼:甲烷:氫氣:氬氣的摩爾比為1:1.5:4.5:5，流量控制在350ml/min，沉積碳化硼處理17小時獲得沉積碳化硼碳纖維毯；
(3)將上述沉積碳化硼纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛下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；
(4)將上述滲硅碳纖維毯在1550°C的溫度下氮化處理18小時制得氮化硅-碳化硼-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在1100°C溫度下通入三氯化硼、甲烷、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯化硼:甲烷:氫氣:氬氣的摩爾比為1:2:6:6，流量控制在600 ml/min，沉積碳化硅處理10小時獲得沉積碳化硼碳纖維毯；
(3)將上述沉積碳化硼碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛下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；
(4)將上述滲硅碳纖維毯在1700°C的溫度下氮化處理10小時制得氮化硅-碳化硼-碳纖維摩擦材料。
【主權項】
1.一種氮化硅-碳化硼-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沉積碳化硼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氮化硅-碳化硼-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在900?1100°C溫度下通入三氯化硼、甲烷、氫氣和氬氣的混合氣體，三氯化硼:甲烷:氫氣:氬氣的摩爾比為1:1?2:3?6:4?6，流量控制在50?600ml/min，沉積碳化硼處理10?24小時獲得沉積碳化硼碳纖維毯； (3)將上述沉積碳化硼碳纖維毯埋入滲硅料里，在真空氣氛下1500?1800°C的溫度下滲硅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%外加5?15%濃度為0.2-0.6%的聚乙烯醇水溶液均勻混合后干燥制得； (4)將上述滲硅碳纖維毯在1350?1700%的溫度下氮化處理10?24小時制得氮化硅-碳化硼-碳纖維摩擦材料。
【專利摘要】一種氮化硅-碳化硼-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沉積碳化硼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氮化硅-碳化硼-碳纖維摩擦材料。本發明是采用石墨化碳纖維毯通過滲碳、沉積碳化硼、填充碳化鎢、埋入滲硅及氮化等步驟實現摩擦材料的制備，所制備的摩擦材料高強度、高韌性、高摩擦性能、適應各種氣候條件下的摩擦材料。
【IPC分類】C04B38/00, C04B35/573, C04B35/563, C04B35/591, C04B35/80, C04B35/622, C04B35/65
【公開號】CN105481430
【申請號】CN201610014314
【發明人】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