一种轻质碳化硅陶瓷增摩材料的制备方法
【技术领域】
[0001]
本发明属于摩擦材料制备技术领域，具体涉及一种轻质碳化硅陶瓷增摩材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]制动系统是汽车、火车、飞机等交通工具的关键部件，而刹车片的综合性能制约着制动系统的稳定性和可靠性;随着高速化和舒适化的要求越来越高，对摩擦材料及其结构的要求愈加苛刻；因此尽快研制开发新型摩擦材料已成为摩擦材料业的当务之急;现代制动系统的刹车片主要使用的是半金属摩擦材料和无石棉摩擦材料，该类型摩擦材料存在诸多问题，如噪音大、振动、磨损率高、使用寿命短。作为刹车片摩擦材料的还有C-C复合摩擦材料和陶瓷摩擦材料;C-C复合摩擦材料性能优异，但成本极高，通常只在飞机上使用；陶瓷摩擦材料由于具有以下优势:稳定的摩擦系数，较好的热稳定性和较低的热传导率，良好的耐磨性；良好的机械强度和物理性能，很低的热衰减性，比重小，舒适性及安全性高，使用寿命长;因此，新型陶瓷摩擦材料的研究已成为现代摩擦材料研究的热点。
[0003]为满足摩擦材料对自身摩擦系数的要求，在实验室研究和实际生产应用中，陶瓷摩擦材料中除使用陶瓷纤维外，通常会加入陶瓷增摩材料来提高摩擦材料的摩擦系数，如硅酸锆、碳化硅、氧化铝、氮化硼等。
[0004]碳化硅陶瓷材料具有机械强度高、比重小、热导率高以及耐磨性好等特点，是最常用的增摩材料;现有技术中，以碳化硅材料做为增摩材料制备的制动部件，致密度高，且工作时会产生较大的噪声。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术问题，本发明目的在于提出一种轻质碳化硅陶瓷增摩材料的制备方法。
[0006]本发明为完成上述目的采用如下技术方案:
一种轻质碳化硅陶瓷增摩材料的制备方法，所述的制备方法采用乳状液模板法与凝胶注模成型结合的方法，制备出气孔孔径小、气孔分布均匀且机械强度高的轻质碳化硅陶瓷材料，其具体步骤如下:
1)陶瓷浆料的制备:将碳化硅粉体、烧结助剂、水、分散剂、用于凝胶注模成型的单体、用于凝胶注模成型的交联剂和用于凝胶注模成型的催化剂按一定比例加入到装有氧化铝磨球的球磨罐中进行球磨混合，得到稳定的陶瓷楽料；
2)向步骤1)中得到的陶瓷浆料中加入有机物分散相，并加入表面活性剂为乳化剂，搅拌均匀并充分乳化得到悬浮浆料;向悬浮浆料中加入引发剂，浆料快速固化成型；
3 )成型后的坯体移至烘箱中烘干，干燥制度为80?120°C，持续时间为5?100h;干燥后置于真空炉中以l°C/min的升温速率升温至1500°C?1800°C，保温1?8小时，得到轻质碳化硅块体；
4)对轻质碳化娃块体进行机械破碎、研磨、筛分得到尺寸为0.5mm?10mm的轻质碳化娃增摩材料。
[0007]所述的有机物分散相为含四个碳原子以上的液态烷烃或脂类有机物，其用量为水体积的0.1?2倍。
[0008]所述液态烷烃为环己烷、正辛烷中的一种。
[0009]所述脂类有机物为正辛酸丙酯、苯甲酸甲酯、肉桂酸异丁酯中的一种。
[0010]所述乳化剂为HLB值在8?18的阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂的一种，其用量为有机物分散相质量的1/50?1/10。
[0011 ]所述的乳化剂为十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠、吐温80、吐温40、吐温20中的一种。
[0012]烧结助剂、水、分散剂、氧化铝磨球、单体、交联剂、催化剂的加入量分别为碳化硅粉体质量的0.5%?3%、50%?250%、0.3%?1.5%、50%?300%、2%?20%、0.2%?2%、0.02%?
0.6% ο
[0013]所述碳化娃粉体的平均粒径为0.5μηι?5μηι。
[OOM]烧结助剂为氧化铝微粉，平均粒径为0.5μηι?2μηι。
[0015]分散剂为三聚磷酸铵、三聚磷酸钠、六偏磷酸铵、六偏磷酸钠、聚丙烯酸铵、四甲基氢氧化铵中的一种或两种或两种以上任意质量比的混合物。
[0016]所述的单体为丙烯酰胺、乙烯基吡咯酮、羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酰胺中的一种。
[0017]所述的交联剂为ΝΑ7-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯基丙烯酸甲酯、二丙烯基酒石酸二酰胺中的一种。
[0018]所述的催化剂为Ν,Ν,Ν?-四甲基乙二胺。
[0019]所述的引发剂为过硫酸铵，加入量占碳化硅粉体质量的0.2%?3%。
[0020]本发明提出的一种轻质碳化硅陶瓷增摩材料的制备方法，利用乳状液模板法在材料中引入微小气孔，首先得到轻质碳化硅块体，然后轻质碳化硅块体破碎后用作增摩材料，在保证增摩材料具有较高机械强度和摩擦系数的前提下，实现了增摩材料轻量化，降低了使用过程中产生的噪声，提高了舒适性，并具有制备工艺简单，生产成本较低的特点；图1给出所制备轻质碳化硅陶瓷增摩材料的孔径分布图，由图可知轻质碳化硅陶瓷增摩材料内部孔的孔径，即增摩材料内部微观孔洞的平均孔径为4.38μπι，且分布较为均匀，该结构决定了材料具有较高的机械强度，实验证明，当水与有机物分散相的体积比为1: 1时，材料的耐压强度高达231.03MPa;碳化硅材料的耐磨性好，小而均匀的孔结构对其影响较小。
【附图说明】
[0021 ]图1为轻质碳化硅陶瓷增摩材料的孔径分布图。
【具体实施方式】
[0022]结合下述具体实施例对本发明加以说明:
实施例1 选取中位径为4.2μπι的碳化硅粉陶瓷粉体，以占碳化硅粉体质量60%的水为分散介质，以氧化铝为烧结助剂、以三聚磷酸钠为分散剂、以占水体积2倍的正辛酸丙酯为有机物分散相，以正辛酸丙酯质量的1/15的十六烷基三甲基氯化铵为乳化剂，以羟甲基丙烯酰胺为单体，丙烯基丙烯酸甲酯为交联剂，Ν,Ν?-四甲基乙二胺为催化剂并倒入球磨罐中球磨，球磨机的转速是38r/min，运行10h;其中烧结助剂、分散剂、单体、交联剂、催化剂的用量分别为碳化硅粉体质量的0.6%、0.7%、8%、0.8%、0.3%;将球磨后的浆料置于搅拌桶中搅拌，搅拌的同时加入过硫酸钾为引发剂，加入量占碳化硅粉体质量的6%;搅拌均匀后注入模具，浆料快速固化成型，24h后脱模，脱模后的坯体置于电热鼓风干燥箱中100°C保温20h;干燥后的坯体在真空炉中以l°C/min的升温速率升温至1800°C，保温20h，得到碳化硅轻质块体，对轻质块体进行破碎，得到粒度为5mm轻质碳化硅陶瓷增摩材料。
[0023]实施例2
选取中位径为3.Ομπι的碳化硅粉陶瓷粉体，以占碳化硅粉体质量100%的水为分散介质，以氧化铝为烧结助剂、以三聚磷酸铵为分散剂、以占水体积1倍的苯甲酸甲酯为有机物分散相，以苯甲酸甲酯质量的1/30的吐温80为乳化剂，以丙烯酸为单体，二丙烯基酒石酸二酰胺为交联剂，Ν,Ν,Ν?-四甲基乙二胺为催化剂并倒入球磨罐中球磨，球磨机的转速是60r/min，运行10h。其中烧结助剂、分散剂、单体、交联剂、催化剂的用量分别为碳化硅粉体质量的1.2%、1.5%、2%、0.2%、0.3%。将球磨后的浆料置于搅拌桶中搅拌，搅拌的同时加入过硫酸铵为引发剂，加入量占碳化硅粉体质