改性C/SiC刹车材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于C/SiC刹车材料的制备方法，尤其涉及一种FeSi2改性C/SiC刹车材 料的制备方法，是一种采用FeSi75合金通过反应熔体浸渗（RMI)法制备C/SiC-FeSi 2刹车 材料的方法。
【背景技术】
[0002] C/SiC刹车材料，通常又称为碳陶刹车材料，具有轻质、高强、耐高温、刹车性能优 异且对环境不敏感的特点，是继粉末冶金刹车材料，C/C刹车材料之后的最新一代刹车材 料。
[0003] 文献 "Heidenreich B，Renz R，Krenkel W. Short fibre reinforced CMC materials for high performance brakes.4th International Conference on High Temperature Ceramic Matrix Composites(HT-CMC4)Proceedings. Germany :Wiley-VCH, 2001. 809 - 815. "公开了 一种制备短切碳纤维C/SiC刹车材料的方 法，这种通过短切碳纤维、树脂模压成型，经裂解，液硅浸渗（LSI)工艺获得的C/SiC刹车材 料已经成功用于保时捷（Porsche 911Turbo)、宾利、布加迪、兰博基尼跑车和奥迪等高档轿 车上。
[0004] 文献 "Fan S, Zhang L, Xu Y, et al. Microstructure and properties of 3D needle-punched carbon/silicon carbide brake materials[J]. Composites Science and Technology, 2007, 67(11) :2390-2398. "公开了一种制备三维针刺C/SiC刹车材料的方 法，这种采用化学气相渗透（CVI)结合LSI工艺制备的刹车材料，目前已在国内部分飞机刹 车装置中实现应用。
[0005] 目前，C/SiC刹车材料的应用还难以推广，一方面是由于它生产成本高昂，另一方 面是由于采用LSI工艺制备的C/SiC刹车材料，其基体由C、Si和SiC脆性相组成，韧性低。 在刹车过程中，摩擦界面在应力作用下易产生裂纹并扩展，造成脆性破坏和剥落。这种刹 车材料适用于飞机刹车，是因为飞机刹车采用盘-盘刹车结构，在刹车过程中，因脆性破 坏和剥落产生的磨肩会残留于盘/盘摩擦界面之间，在刹车压力作用下形成稳定的摩擦膜 (新的摩擦界面），从而阻止摩擦界面进一步破坏，这时摩擦性能稳定而且磨损率较小；而 高速列车和汽车刹车副是盘/片钳式结构，当采用C/SiC刹车材料进行制动时，这种脆性破 坏和剥落会引起摩擦界面不断被磨损，而且摩擦界面不稳定，导致磨损率大而且摩擦系数 不稳定，离散性大。
[0006] 中国专利（CN 102661342 A) "一种碳纤维增强陶瓷基汽车刹车片的制造方法"公 开了一种采用Fe粉和Si粉的混合原料通过RMI法浸渗三维针刺C/C，制备C/C-SiC汽车刹 车片的方法。由于单质Fe的熔点为1538°C，高于单质Si的熔点1420°C，因此该种方法要 在比LSI工艺还要高的温度下进行浸渗，文中报导浸渗温度为1500~1900°C。高温浸渗往 往加剧熔体与C/C的反应，影响到纤维的增强作用，此外，高温下冷却会在材料内留下较大 的残余应力，加剧微裂纹的产生，影响到材料的力学性能。
【发明内容】
[0007] 要解决的技术问题
[0008] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种FeSi2改性C/SiC刹车材料的制 备方法，采用FeSi75合金，通过RMI法浸渗C/C，制备C/SiC-FeSi 2刹车材料的方法。
[0009] 技术方案
[0010] 一种FeSi2改性C/SiC刹车材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
[0011] 步骤1 :将初始密度为1. 2~1. 7g/cm3的多孔C/C复合材料进行超声清洗；
[0012] 步骤2 :将支撑块均匀立于石墨坩埚底，然后向坩埚内均匀铺上FeSi75合金粉，随 后将粉料压实，最后将C/C试样置于支撑块之上；所述支撑块的上檐高于压实后的合金粉 上表面为3~7mm ;所述合金粉的添加量为反应熔体浸渗RMI前后试样理论质量增加值的 200%~400% ;所述支撑块与多孔C/C复合材料相同的；
[0013] 步骤3 :将上述装好的石墨坩埚置于高温真空炉中，抽真空使炉内压力始终低于 50Pa，随后以20~30°C /min的升温速率加热至1450~1600°C，保温0. 5~2h，最后自然 冷却至室温，降温速率为1~2°C /min ;获得FeSi2改性的C/SiC刹车材料。
[0014] 所述多孔C/C复合材料采用CVI化学气相渗透法制备三维针刺C/C复合材料。
[0015] 所述多孔C/C复合材料采用采用PIP聚合物浸渍、裂解法制备短切C/C复合材料。
[0016] 有益效果
[0017] 本发明提出的一种FeSi2改性C/SiC刹车材料的制备方法，FeSi 2作为合金相，其韧 性比SiC和Si相的高，可起到基体增韧的效果；其硬度和模量比SiC和Si小，可起到增强体 与基体之间的模量匹配效果，改善材料力学性能；其导热性能也优于SiC与Si，这将有利于 刹车材料的散热；此外，FeSi 2在摩擦过程中产生的自润滑作用，可有效地降低磨损率，且改 善摩擦系数稳定性。FeSi75合金粉代替Si粉进行浸渗，又能大幅降低原材料成本（FeSi75 的市场价格5000-6000元/吨，Si的市场价格15000-20000元/吨），从而降低产品成本，推 动碳陶刹车材料的应用推广。此外，FeSi75熔点约为1330°C，低于单质Si的熔点1420°C， 因此可以在较低的温度下用RMI法制备材料（纯Si的浸渗温度为1600~1800°C，FeSi75 的浸渗温度为1450~1600°C )，既可减少复合材料内部的残余热应力以及由于热应力产生 的微裂纹，又能节约能源，降低生产成本。
[0018] 本发明采用CVI结合RMI法，制备FeSi#^性的三维针刺C/SiC刹车材料。以 FeSi75合金粉作为RMI浸渗原料，经过反应熔体浸渗（RMI)工艺，制成？以1 2改性C/SiC刹 车材料。首先显著降低了原料成本，其次降低了 RMI工艺温度，最后，由于向C/SiC复合材 料中引入了 FeSi2ffl，提高了材料的强度和导热性能，改善了摩擦稳定性，降低了磨损率。
【附图说明】
[0019] 图1是FeSi2改性C/SiC刹车材料制备工艺流程图
[0020] 图2是RMI装样示意图
[0021] 图3是本发明实施例1中C/SiC-FeSi#j车材料XRD图谱
[0022] 图4是本发明实施例1中C/SiC_FeSi2刹车材料表面SEM照片
[0023] 图5是本发明实施例2中刹车试环照片
【具体实施方式】
[0024] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：