本发明属于机械材料领域，更具体地涉及一种cf/c-sic复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
活塞是汽车发动机的“心脏”，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。随着汽车行业的迅速发展，像法拉利、兰博基尼等高端跑车对“心脏”的要求越来越苛刻。为了延长活塞的使用寿命及提高其使用安全性，不得不设计各种异型结构和采用先进的涂层处理技术。其实在实际应用中，设计异形外圆复合型面、异型销孔等结构，往往会使部件结构设计复杂化，增加加工的难度，而且也增加了研制和使用费用。即便之前所用的铸铁活塞和铝合金活塞开发出了各种先进涂层的处理技术，也显然已经不能满足其高转速、高压力、高热冲击的工况，反而这种长周期、高成本的研发生产涂层的费用令制造商们苦不堪言。近期，相关单位和企业提出了一种碳纤维活塞，即碳纤维增强碳基复合材料制造的活塞，包括头部、裙部和销座，这种复合材料制备的活塞确实具有一定的高温高强度、密度小、摩擦系数小等优点。然而截至目前，这种活塞尚未投入生产，仍不见其市场化，主要是因为目前没有一条完整具体的碳纤维活塞生产制备工艺路线，再加上单纯的碳/碳复合材料本身就有高温力学性能差、导热能力差、易软变形等先天缺陷，而且制备周期较长，所以要想规模化生产很难，所以这就对碳/碳复合材料的改性制备和工艺方法提出很高要求。
因此探索一条独特的、低成本的、短周期的cf/c-sic复合材料的制备工艺，通过掺杂填料改性单纯的碳/碳复合材料，从而制备出品质优良的碳纤维活塞，此外再加上实用有效且低成本的涂层，可以加速碳纤维活塞的规模化生产和市场化拓展。
技术实现要素：
本发明针对现有技术存在的不足之处，提供一种cf/c-sic复合材料及其制备方法和应用。
本发明一种cf/c-sic复合材料，包括碳纤维预制体、基体碳、填充物以及类金刚石；所述基体碳均匀附着于预制体的碳纤维上，构成带有基体碳的碳纤维预制体；所述填充物填充于带有基体碳的碳纤维预制体内和包覆于带有基体碳的碳纤维预制体外，构成半成品，所述类金刚石包覆在半成品上形成类金刚石层；所述填充物中含有ti元素、si元素、c元素、mo元素；填充物中的ti元素以碳化钛、硅碳钛中任意一种或两种方式存在；填充物中的si元素以sic、单质si、硅碳钛、硅化钼中至少一种方式存在；填充物中的c元素以sic、硅碳钛、硅碳钛中至少一种方式存在；填充物中的mo元素以零价钼、硅化钼、碳化钼中至少一种方式存在。
作为优选方案，本发明一种cf/c-sic复合材料，填充物中的si元素以硅碳钛、硅化钼中至少一种与sic、单质si共混的方式存在。
本发明一种cf/c-sic复合材料，所述cf/c-sic复合材料含有硅碳钛(ti3sic2)相、硅化钼(mosi2)相、碳化钼(mo2c)相。
本发明一种cf/c-sic复合材料，选取质量为b的半成品，测量所取半成品中ti元素与mo元素的质量之和，并定义为a，则a/b＝0.04-0.08。优选为a/b＝0.04-0.075。进一步优选为a/b＝0.045-0.075。
本发明一种cf/c-sic复合材料，钛与mo的质量比为0.6-1.04:1。优选为0.65-0.68:1。
本发明一种cf/c-sic复合材料，碳纤维预制体的密度为0.5-0.6g/cm3。
本发明一种cf/c-sic复合材料，带有基体碳的碳纤维预制体的密度为1.3～1.4g/cm3。
本发明一种cf/c-sic复合材料，半成品的密度为1.8～1.9g/cm3。
本发明一种cf/c-sic复合材料，所述cf/c-sic复合材料的密度为1.82～1.92g/cm3。在本发明中，所述cf/c-sic复合材料的密度大于半成品的密度。
本发明一种cf/c-sic复合材料的制备方法，包括下述步骤：
步骤一
将碳纤维编织成预制体，然后进行化学气相渗透沉积基体碳；得到密度为1.3～1.4g/cm3的带有基体碳的碳纤维预制体；所述预制体的密度为0.5～0.6g/cm3；
步骤二
将步骤一所得带有基体碳的碳纤维预制体置于含ti、mo的浸渍液中浸渍，得到含有ti、mo的预制体；
步骤三
将步骤二所得含有ti、mo的预制体置于si粉上或包埋于si粉中，在真空气氛下，于1500-1750℃进行渗硅处理；得到密度为1.8～1.9g/cm3的半成品；
步骤四
在步骤三所得半成品表面包覆一层类金刚石层；得到成品。
本发明一种cf/c-sic复合材料的制备方法，步骤一中，所述碳纤维为中间相沥青基碳纤维。中间相沥青基碳纤维相比聚丙烯腈基碳纤维，廉价易得；相比粘胶基碳纤维，力学性能优异，易于编织；更重要的是中间相沥青基碳纤维的导热性能要好于聚丙烯腈基碳纤维和粘胶基碳纤维。
本发明一种cf/c-sic复合材料的制备方法，步骤一中，所述预制体为三维四向或三维五向的针刺碳毡多孔预制体。相比一维、二维、2.5维的编织工艺，三维四向或者三维五向的针刺编织物的整体性显著提高了材料厚度方向纤维的体积分数，能够有效提高材料的层间剪切强度和厚度方向的强度和刚度。而且从编织、复合到成品不发生分层，无机械加工或者仅做不伤害碳纤维活塞多孔预制体的少量加工，保持了材料的整体性。
本发明一种cf/c-sic复合材料的制备方法，步骤一中，化学气相渗透沉积基体碳时，所用碳源气体选自丙烷、乙烯、乙炔中的至少一种。优选为丙烷。以丙烷为碳先驱体，材料易得，工艺成熟，操作方便，制备成本较低，可制备高温力学性能优良的碳基体，且渗积的碳基体致密均匀、裂纹少。
本发明一种cf/c-sic复合材料的制备方法，步骤一中，化学气相渗透沉积基体碳时，所用稀释气体选自氩气、氮气、中的至少一种。优选为氩气。
本发明一种cf/c-sic复合材料的制备方法，步骤一中，化学气相渗透沉积基体碳时，碳源气体的进气速度为0.5-0.9l/min、优选为0.7l/min；稀释气体的进气速度为2.5-3.3l/min、优选为3l/min。
本发明一种cf/c-sic复合材料的制备方法，步骤一中，化学气相渗透沉积基体碳时，控制升温速率为5-6℃/min；控制沉积温度为1000-1100℃、优选为1000℃；在沉积温度下，控制保温时间为450～600h小时。
本发明只需约500个小时，沉积出较为致密均匀的部分碳基体，使其密度处在1.3～1.4g/cm3之间，给碳/碳预制体当中仍留有适当的空隙。这种工艺方法既可以缩短制备周期，节约成本，也有利于后面浆料的浸渗。当碳基体含量过高时会分散不均匀，导致性能下降，而且空隙被填满，也使得浆料很难浸渗进去，进而难以实现掺杂填料改性的目的；当含量过低使得碳纤维的作用不能充分发挥，不能明显改善材料性能。所以，经过大量试验验证，对碳纤维活塞多孔预制体渗碳时间宜为500h～600h,使碳/碳预制体的密度在1.3～1.4g/cm3之间。
本发明一种cf/c-sic复合材料的制备方法，步骤二中，
将步骤一所得带有基体碳的碳纤维预制体置于含ti、mo的浸渍液中进行真空浸渍，真空浸渍后，干燥，得到含有ti、mo的预制体；所述含ti、mo的浸渍液由水、微米碳化钛(tic)、微米钼(mo)、cmc(羧甲基纤维素钠)按质量比，水：微米碳化钛(tic)：微米钼(mo)：cmc(羧甲基纤维素钠)＝100-90:50-55:60-65:0.5-0.8、优选为100：50：60：0.8组成；所述真空浸渍时，设备内的气压小于等于13.33pa。
在工业化应用时，配料后利用电子浆料机充分研磨25h～30h，使其达到充分分散均匀的状态。再将其送入真空浸渍灌中，并对真空浸渍灌抽真空要小于极限残压13.33pa。真空浸渍时，水份大部分会脱离。水份在浸渍过程中起到运输作用，当其将微米碳化钛(tic)、微米钼(mo)运送至预制体内后，可以快速脱离预制体。所以本发明经浸渍后，可以选择阴干或者低温烘烤，得到浸渗后的碳/碳预制体。
所述微米碳化钛的粒度为20-50微米；所述微米钼的粒度为20-50微米。
为了保证微米碳化钛(tic)和微米钼(mo)能充分浸渗到碳/碳多孔预制体当中，真空浸渍时间宜为25-32h，而时间过长则影响制备效率，浪费能源，且对改善材料性能并无较大的影响。经大量试验验证，引入的微米碳化钛和微米钼占整个浸渗后的碳/碳预制体质量的6％～9％为宜。
优选的，所述浸渗工艺为真空浸渗。以蒸馏水、微米碳化钛(tic)、微米钼(mo)加以cmc(羧甲基纤维素钠)的混合物配制的浸渍浆料与碳基体有着良好的润湿性，接触角小，浸渗压力大，在常压下也能浸渗，显然采用真空浸渗可以加快浸渗速率，缩短制备周期。而不采用真空加压浸渗，因为加压时会对尚未完全成型的碳/碳预制体造成伤害，使其发生微弱形变。
本发明一种cf/c-sic复合材料的制备方法，步骤三中，
将步骤二所得含有ti、mo的预制体置于si粉上或包埋于si粉中，在真空气氛下，于1500-1750℃进行渗硅处理；得到密度为1.8～1.9g/cm3的半成品。
作为优选方案，真空气氛下，炉内的压力为3～6pa。
作为优选方案，步骤三中先对真空反应炉抽真空，仍使炉压小于为3～6pa；然后在7～8h将炉温升到1500℃，保温5h；接着再采用1h将炉温升到1750℃，保温0.5h；最后以氩气做保护气，控制氩气压力为2.5kpa，随炉冷却。
本发明，步骤三中渗硅处理时，熔融硅和碳、碳化钛、钼之间有良好的润湿性，较小的接触角，高真空工艺有利于增加熔融硅的渗透速度，加快和碳基体和填料之间的反应速率，利于碳化硅陶瓷、硅碳钛、以及硅化钼相等的生成。不采用加压渗硅也是考虑到渗硅初期会对碳/碳活塞预制体造成伤害，导致其发生应力应变。同样不采用先驱体浸渍裂解法来制备碳化硅基体，是为了明显缩短了制备周期、节约了成本。同时，采用本发明所设计的真空反应熔融渗硅工艺，其制备的碳化硅陶瓷基体完全符合产品在特殊领域的应用(如活塞所需求的抗高压、抗高温、抗热冲击)。
本发明一种cf/c-sic复合材料的制备方法，步骤四中，
将步骤三所得半成品置于沉积炉内，采用等离子沉积技术沉积包覆类金刚石层；等离子沉积技术沉积类金刚石层时，控制炉内压力为3-13.33pa、优选为5pa，控制沉积温度为60℃～80℃、沉积功率为600-620w、沉积所用气体为ch4和h2，二者流量分别为2.1-2.4ml/min和6.4-6.9ml/min，沉积时间为15h～16h。
优选的，类金刚石涂层厚度为8～10μm。沉积时间过长，导致涂层厚度过大，不利于导热，当其用作活塞时，活塞喉口容易出现烧蚀，导致涂层大片脱落。沉积时间过短，涂层过薄，也起不到耐热烧蚀的效果。
在应用上，通过控制步骤一所得带有基体碳的碳纤维预制体的密度、控制步骤二中浆料中微米碳化钛(tic)、微米钼(mo)的用量以及浸渍条件配合步骤三中熔融浸si的温度和时间等条件来控制所得材料中的a/b的值。
本发明，之所以镀dlc，因为制备出的碳纤维活塞表面必定有si残余，而si可以抑制dlc涂层的石墨化，涂层表面的薄层氧化硅起到了阻碍氧化或快速导热的作用，其热稳定性和耐磨性会极大地提高，而且dlc涂层具有减摩抗磨的独特在作用，十分符合活塞的工况要求。此外，以甲烷为dlc涂层先驱体，材料易得，操作方便，制备成本较低，可制备高温力学性能优良的dlc涂层，且制备的涂层与制备的内表面结合力强，均匀致密不易脱落，效果优良。
本发明一种cf/c-sic复合材料的应用，包括将其用作活塞。用作活塞时，只需将碳纤维编织成活塞形状预制体；其他操作按照本发明所记载的方案进行。
本发明一种cf/c-sic复合材料的应用，还包括在航天、军工领域、民用等领域的应用。
原理和优势
本发明采用化学气相渗透法(cvi)+浆料浸渗法(si)+真空反应熔体浸渗法(rmi)+等离子体增强化学气相沉积法(pecvd)四种工艺组合的方法，并且通过在浆料中掺杂微米碳化钛(tic)和微米钼(mo)两种填料，制备出成品。本发明首先采用中间相沥青基碳纤维编织出三维四向或者三维五向的针刺碳毡多孔预制体，然后采用cvi法沉积碳，填充多孔预制体的纤维束内的小孔隙，形成碳/碳预制体。以水、微米碳化钛(tic)、微米钼(mo)加以cmc(羧甲基纤维素钠)的混合物为浸渍浆料，采用si法真空浸渍碳/碳活塞预制体，从而在碳/碳预制体中引入微米碳化钛(tic)和微米钼(mo)两种填料。再用rmi法给碳/碳活塞预制体熔融渗硅，从而制备出含碳-碳化硅双基体的碳纤维活塞。最后采用pecvd法在碳纤维活塞表面沉积出dlc涂层。本发明通过选用中间相沥青基碳纤维作为编织预制体的原材料，原因在于其具有高导热、高模量、易于石墨化，更重要的成本低。而编织成三维四向或者三维五向的针刺碳毡预制体是因为这种编织结构更能容易发挥出碳纤维各向优异的力学性能。以上这两点已经对成型后的高导热、高强度打下了牢靠的基础。然后采用cvi法沉积碳基体的时候，不易损伤碳纤维，保证了复合材料性能的后期完美。再通过在浆料浸渗法的浸渍浆料中添加碳化钛(tic)和微米钼(mo)作为填料，由于它们的体积和质量都不发生变化，可在一定程度上抑制碳基体的收缩，使得材料快速致密化，缩短制备周期。接着就是采用rmi法给掺杂了微米tic和微米mo的碳/碳活塞预制体中渗硅，能生成大量的碳化硅陶瓷硬质基体，这种碳纤维增强碳和碳化硅双基体复合材料制备的活塞具有密度低、抗氧化性能好、耐腐蚀、耐磨损、优异的力学性能和热物理性能等优点。同时，当生成少量的硅碳钛(ti3sic2)、硅化钼(mosi2)碳化钼(mo2c)等相时，这些生成的相在基体中可以通过颗粒弥散强化并且和基体来协同提高整个复合材料制备的抗弯强度和断裂韧性，再加上生成相亦具有自愈合损伤机理、自润滑性和摩擦系数低等良好特点，十分切合活塞的工况。同时所开发的材料具有较好的塑性，这有利于活塞的加工成型。最后再采用pecvd法，给活塞镀上dlc涂层。之所以镀dlc，因为制备出的碳纤维活塞表面必定有si残余，而si可以抑制dlc涂层的石墨化，涂层表面的薄层氧化硅起到了阻碍氧化或快速导热的作用，其热稳定性和耐磨性会极大地提高，而且dlc涂层具有减摩抗磨的独特在作用，十分符合活塞的工况要求。
总之，本发明设计出了一种性能优越的材料并探索出了一条完整的掺杂填料改性制备碳纤维的工艺路线。尤其是整个制备活塞的工艺简单、周期短、设备要求简单、成本低、能实现活塞净成型，而且制备出的活塞能满足高压力、高转速、高热冲击的苛刻工况，在连续循环工作下其使用寿命比普通的活塞使用寿命要长很多。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例一提供的制备工艺方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供的碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、制备碳纤维活塞多孔预制体：
采用针织工艺将碳纤维编织成活塞形状预制体；所述碳纤维活塞多孔预制体中的碳纤维为中间相沥青基碳纤维。所述活塞形状预制体的密度为0.58g/cm3；预制体为选三维五向的针刺碳毡多孔预制体；
步骤2、制备碳/碳活塞预制体：
采用化学气相渗透法，将碳纤维活塞多孔预制体放在工装模具中，然后再一起放进化学气相沉积炉中。通过碳有机物先驱体在步骤1得到的所述碳纤维活塞预制体上渗积碳，制备得到密度为1.34g/cm3的碳/碳活塞预制体；化学气相渗透沉积基体碳时，所用碳源气体为丙烷、所用稀释气体为氩气、化学气相渗透沉积基体碳时，碳源气体的进气速度为0.7l/min；稀释气体的进气速度为0.18nm3/h(即3l/min)。化学气相渗透沉积基体碳时，控制升温速率为5.6℃/min；控制沉积温度为1000℃；在沉积温度下，控制保温时间为560h小时。
步骤3、制备浆料浸渗碳/碳活塞预制体：
将步骤2所得碳/碳活塞预制体置于含ti、mo的浸渍液中进行真空浸渍，得到含有ti、mo的预制体；所述含ti、mo的浸渍液由水、微米碳化钛(tic)、微米钼(mo)、cmc(羧甲基纤维素钠)按质量比，水：微米碳化钛(tic)：微米钼(mo)：cmc(羧甲基纤维素钠)＝100：50：60：0.8组成；所述真空浸渍时，设备内的气压小于等于13.33pa。所述微米碳化钛的粒度为30微米；所述微米钼的粒度为30微米。真空浸渍时间为27h。真空浸渍完成后，干燥；得到含有ti、mo的预制体；真空浸渍完成后引入的微米碳化钛和微米钼占整个含有ti、mo的预制体干重质量的7％。
所述浸渍液的制备方法为：
配料后利用电子浆料机充分研磨25h～30h，使其达到充分分散均匀的状态。再将其送入真空浸渍灌中，并对真空浸渍灌抽真空要小于极限残压13.33pa。
步骤4、制备含有碳-碳化硅基体的碳纤维活塞：
将步骤3所得含有ti、mo的预制体置于si粉上或包埋于si粉中，在真空气氛下，于1500℃进行渗硅处理；得到密度为1.89g/cm3的半成品。
渗硅前，先对真空反应炉抽真空，仍使炉压小于为3～6pa；然后在7h将炉温升到1500℃，保温5h；接着再采用1h将炉温升到1750℃，保温0.5h；最后以氩气做保护气，控制氩气压力为2.5kpa，随炉冷却。
步骤5、制备碳纤维活塞表面涂层：
采用等离子体增强化学气相沉积法，将在步骤4得到半成品放进等离子体化学气相沉积的设备中，通过电离碳有机物先驱体在其表面沉积得到dlc(类金刚石)涂层。等离子沉积技术沉积类金刚石层时，控制炉内压力为5pa，控制沉积温度为60℃～80℃、沉积功率为600w、沉积所用气体为ch4和h2，二者流量分别为2.1ml/min和6.4ml/min，沉积时间为15h～16h；得到类金刚石涂层厚度为9μm的成品。所得成品的性能见表1
表1采用本发明所制备碳纤维活塞的性能参数
实施例2
步骤1、制备碳纤维活塞多孔预制体：
采用针织工艺将碳纤维编织成活塞形状预制体；所述碳纤维活塞多孔预制体中的碳纤维为中间相沥青基碳纤维。所述活塞形状预制体的密度为0.6g/cm3；预制体为三维五向的针刺碳毡多孔预制体；
步骤2、制备碳/碳活塞预制体：
采用化学气相渗透法，将碳纤维活塞多孔预制体放在工装模具中，然后再一起放进化学气相沉积炉中。通过碳有机物先驱体在步骤1得到的所述碳纤维活塞预制体上渗积碳，制备得到密度为1.38g/cm3的碳/碳活塞预制体；化学气相渗透沉积基体碳时，所用碳源气体为丙烷、所用稀释气体为氩气、化学气相渗透沉积基体碳时，碳源气体的进气速度为0.8l/min；稀释气体的进气速度为3.3l/min。化学气相渗透沉积基体碳时，控制升温速率为5.5℃/min；控制沉积温度为1000℃；在沉积温度下，控制保温时间为550h小时。
步骤3、制备浆料浸渗碳/碳活塞预制体：
将步骤2所得碳/碳活塞预制体置于含ti、mo的浸渍液中进行真空浸渍，得到含有ti、mo的预制体；所述含ti、mo的浸渍液由水、微米碳化钛(tic)、微米钼(mo)、cmc(羧甲基纤维素钠)按质量比，水：微米碳化钛(tic)：微米钼(mo)：cmc(羧甲基纤维素钠)＝100：50：60：0.8组成；所述真空浸渍时，设备内的气压小于等于13.33pa。所述微米碳化钛的粒度为50微米；所述微米钼的粒度为50微米。真空浸渍时间为24h、25h、27h、29h、32h、36h。真空浸渍完成后，得到含有ti、mo的预制体；真空浸渍完成后引入的微米碳化钛和微米钼占整个含有ti、mo的预制体质量的5％、6％、7％、8％、9％、10％等一系列样品。
所述浸渍液的制备方法为：
配料后利用电子浆料机充分研磨25h～30h，使其达到充分分散均匀的状态。再将其送入真空浸渍灌中，并对真空浸渍灌抽真空要小于极限残压13.33pa。
步骤4、制备含有碳-碳化硅基体的碳纤维活塞：
将步骤3所得含有ti、mo的预制体置于si粉上或包埋于si粉中，在真空气氛下，于1750℃进行渗硅处理；得到密度为1.88g/cm3的半成品。
渗硅前，先对真空反应炉抽真空，仍使炉压小于为3～6pa；然后在7h将炉温升到1500℃，保温5h；接着再采用1h将炉温升到1750℃，保温0.5h；最后以氩气做保护气，控制氩气压力为2.5kpa，随炉冷却。
步骤5、制备碳纤维活塞表面涂层：
采用等离子体增强化学气相沉积法，将在步骤4得到半成品放进等离子体化学气相沉积的设备中，通过电离碳有机物先驱体在其表面沉积得到dlc(类金刚石)涂层。等离子沉积技术沉积类金刚石层时，控制炉内压力为为5pa，控制沉积温度为60℃～80℃、沉积功率为600w、沉积所用气体为ch4和h2，二者流量分别为2.1ml/min和6.4ml/min，沉积时间为15h～16h；得到类金刚石涂层厚度为10μm的成品。所得成品的性能见表2
经过大量试验验证，得到了掺杂填料质量分数对活塞性能影响最为关键的四个性能参数，如表2所述：
表2掺杂填料质量分数对活塞性能参数的影响
实施例3
步骤1、制备碳纤维活塞多孔预制体：
采用针织工艺将碳纤维编织成活塞形状预制体；所述碳纤维活塞多孔预制体中的碳纤维为中间相沥青基碳纤维。所述活塞形状预制体的密度为0.58g/cm3；预制体为三维五向的针刺碳毡多孔预制体；
步骤2、制备碳/碳活塞预制体：
采用化学气相渗透法，将碳纤维活塞多孔预制体放在工装模具中，然后再一起放进化学气相沉积炉中。通过碳有机物先驱体在步骤1得到的所述碳纤维活塞预制体上渗积碳，制备得到碳/碳活塞预制体；化学气相渗透沉积基体碳时，所用碳源气体为丙烷、所用稀释气体为氩气、化学气相渗透沉积基体碳时，碳源气体的进气速度为0.8l/min；稀释气体的进气速度为3l/min。化学气相渗透沉积基体碳时，控制升温速率为5.6℃/min；控制沉积温度为1100℃；在沉积温度下，控制保温时间为550h小时。
步骤3、制备浆料浸渗碳/碳活塞预制体：
将步骤2所得碳/碳活塞预制体置于含ti、mo的浸渍液中进行真空浸渍，得到含有ti、mo的预制体；所述含ti、mo的浸渍液由水、微米碳化钛(tic)、微米钼(mo)、cmc(羧甲基纤维素钠)按质量比，水：微米碳化钛(tic)：微米钼(mo)：cmc(羧甲基纤维素钠)＝100：50：60：0.8组成；所述真空浸渍时，设备内的气压小于等于13.33pa。所述微米碳化钛的粒度为20微米；所述微米钼的粒度为20微米。真空浸渍时间为27h。真空浸渍完成后，得到含有ti、mo的预制体；真空浸渍完成后引入的微米碳化钛和微米钼占整个含有ti、mo的预制体质量的5％、6％、7％、8％、9％、10％等一系列样品。
所述浸渍液的制备方法为：
配料后利用电子浆料机充分研磨30h，使其达到充分分散均匀的状态。再将其送入真空浸渍灌中，并对真空浸渍灌抽真空要小于极限残压13.33pa。
步骤4、制备含有碳-碳化硅基体的碳纤维活塞：
将步骤3所得含有ti、mo的预制体置于si粉上或包埋于si粉中，在真空气氛下，于1500℃进行渗硅处理；得到密度为1.89g/cm3的半成品。
作为优选方案，真空气氛下，炉内的压力为3～6pa。
渗硅钱，先对真空反应炉抽真空，仍使炉压小于为3～6pa；然后在7h将炉温升到1500℃，保温5h；接着再采用1h将炉温升到1750℃，保温0.5h；最后以氩气做保护气，控制氩气压力为2.5kpa，随炉冷却。
步骤5、制备碳纤维活塞表面涂层：
采用等离子体增强化学气相沉积法，将在步骤4得到半成品放进等离子体化学气相沉积的设备中，通过电离碳有机物先驱体在其表面沉积得到dlc(类金刚石)涂层。等离子沉积技术沉积类金刚石层时，控制炉内压力为10pa、，控制沉积温度为60℃～80℃、沉积功率为600w、沉积所用气体为ch4和h2，二者流量分别为2.1ml/min和6.4ml/min，沉积时间为15h～16h；得到类金刚石涂层厚度为10μm的成品。
从活塞的选材、编织、沉碳、浸渍填料、渗硅到涂层，本发明的探索出的这条制备工艺方法制备出的活塞(实施例1-3所得成品)通过活塞机械疲劳试验，销孔在30mpa的循环压力下，运行107的循环无裂纹。通过活塞疲劳试验，活塞顶部经过3000次循环热冲击试验后无裂纹。满足发动机转速4300rpm,爆压30mpa条件下1100小时装机耐久考核。且具有自润滑和高温自愈合损伤机理，完全满足活塞恶劣的工况，使用寿命相比铸铁活塞和铝合金活塞可提高一倍多。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。