一种汽车用高散热性炭/炭刹车盘的制备方法与流程

本发明公开一种汽车刹车盘材料的制备方法，属于刹车盘材料技术领域。

背景技术：

近年来，随着汽车工业的飞速发展，汽车需求量也不断提高。汽车工业现已发展成为国民支柱产业。刹车盘作为汽车制动系统中主要磨损部件，需求量也非常大。刹车盘作为汽车盘刹的一个制动元件，决定了汽车刹车效果的好坏。刹车盘在汽车行驶过程中也是转动的，刹车时，制动卡钳夹住刹车盘而产生制动力。使相对旋转的刹车盘固定从而起到减速或者停车作用。近十多年来，用金属基复合材料制造汽车刹车盘的报道很多。在材料方面，从1986年开始用真空搅拌混合专利技术生产可重熔的颗粒增强铝基复合材料铸锭，铸锭重熔后，采用砂型、金属型、熔模、消失模、压铸、挤压铸造等工艺生产形状复杂、表面光洁、尺寸精确的高质量铸件。比如，用10%-20%al2o3颗粒增强的复合材料刹车盘，与铸铁刹车盘相比，重量减轻40%-60%，散热迅速且噪音小。

汽车最重要的安全系统就是制动系统，所有的制动部件都有很高的安全要求。刹车盘是整个制动系统中重要的部分，它的性能会直接影响到整个制动系统的可靠性。刹车盘将汽车的动能转化成热能，制动时刹车盘和刹车盘的温度会上升到400℃或者更高。因此，车辆中承受压力最大的元件，它们易受到高温，机械和化学的极度重负。此外，刹车盘长时间都暴露于外界环境的影响之下，比如潮湿、灰尘和污渍等，这些都会对其性能和寿命产生影。

正是因为汽车常常要再多种路况下形式，因此安全性直接考验汽车制动性能，这就要求汽车的刹车盘在高速高温制动条件下保证性能稳定，因此，如何保证刹车盘衰退性能稳定成为研究重点，而刹车盘衰退性能的直接影响因素就是生产刹车盘摩擦材料的各种原材料的配比和压制工艺。

汽车刹车盘包括钢基背和粘结在钢背上的摩擦层。汽车在刹车时产生高温等严酷环境，因此摩擦层的性能直接决定了刹车盘的新能。但是sic颗粒增强的铝基刹车盘材料存在着导热性能不好的问题。

炭纤维复合材料具有密度低（相当于铝合金材料密度的三分之一）、高的机械强度、高的抗冲击韧性、耐磨以及耐腐蚀性能，石墨烯具有高强度、高导电性以及高导热性能的特点，可以应用于汽车摩擦材料，并可大大提高汽车刹车盘的使用寿命和安全性能。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，以解决现有汽车刹车盘热传递和耐热性差，材料不稳定导致刹车盘摩擦系数不稳定的技术问题，利用石墨烯具有高强度、高导电性以及高导热性能的特点，而提供一种工艺简单、致密效果好、机械强度高、耐磨性和耐热性优异的炭/炭汽车刹车盘的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种汽车用高散热性炭/炭刹车盘的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一：采用短切炭纤维、炭粉、石墨粉、硼粉、树脂作为主要原材料，并添加适量的石墨烯材料。

步骤二：将步骤一中材料按比例称取好后在搅拌罐中进行搅拌，搅拌时间为3h-15h。

步骤三：将步骤二中混合料置于钢模具中，在多层压机上压制成型，压力为4mpa-40mpa。

步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为740℃-1000℃。

步骤五：将步骤四中炭化处理后的半成品进入树脂槽中，进行加压浸渍，压力为1.0mpa-4.0mpa下进行浸渍1h-5h，然后进行固化处理，固化温度为100℃-180℃，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为740℃-1000℃。

步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得汽车用高散热性炭/炭刹车盘。

上述的一种汽车用高散热性炭/炭刹车盘的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的短切炭纤维长度为1mm-10mm，炭粉的颗粒大小为100目以下，石墨粉的颗粒大小为100目以下，硼粉颗粒大小为500目以下，树脂为环氧树脂或酚醛树脂。

上述的一种汽车用高散热性炭/炭刹车盘的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的炭纤维重量百分比为10wt%-50wt%，炭粉重量百分比为5wt%-20wt%，石墨粉重量百分比为1wt%-10wt%，硼粉重量百分比为0.1wt%-5wt%，树脂重量百分比为10wt%-60wt%，石墨烯添加量为0.05wt%-1.0wt%。

上述的一种汽车用高散热性炭/炭刹车盘的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的压制固化工艺，升温速率为5℃/h-50℃/h，固化温度为100℃-180℃，保温时间为0.5h-5.0h。

上述的一种汽车用高散热性炭/炭刹车盘的制备方法，其特征在于，步骤四中所述的炭化升温速率为5℃/h-50℃/h，保温时间为1.0h-5.0h。

上述的一种汽车用高散热性炭/炭刹车盘的制备方法，其特征在于，步骤五中所述的固化升温速率为5℃/h-50℃/h，保温时间为1.0h-5.0h，炭化升温速率为2℃/h-30℃/h，保温时间为1.0h-5.0h。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、与传统汽车刹车盘的制备技术相比，本发明采用炭纤维作为骨架，树脂炭基体、炭粉作为增强体、石墨粉作为润滑剂、硼粉的耐磨性以及石墨烯具有高强度、高导电性以及高导热性能等特点，制备的汽车用高散热性炭/炭刹车盘，具有散热性能好、力学性能优异，机械强度高、抗冲击韧性好、耐磨性好、使用寿命长等优点。

2、本发明工艺简单，并且易于大批量生产，并且解决现有汽车刹车片热传递和耐热性差，材料不稳定导致摩擦系数不稳定的技术问题。

附图说明

图1是本发明制备汽车用高散热性炭/炭刹车盘的工艺流程框图。

具体实施方式

实施例1

步骤一：采用短切炭纤维、炭粉、石墨粉、硼粉、树脂作为主要原材料，并添加适量的石墨烯材料，短切炭纤维长度为1mm，炭粉的颗粒大小为120目，石墨粉的颗粒大小为120目，硼粉颗粒大小为600目，树脂为环氧树脂。

步骤二：将步骤一中材料按比例称取好后在搅拌罐中进行搅拌，炭纤维重量百分比为10wt%，炭粉重量百分比为20wt%，石墨粉重量百分比为10wt%，硼粉重量百分比为5wt%，树脂重量百分比为54.95wt%，石墨烯添加量为0.05wt%，搅拌时间为3h。

步骤三：将步骤二中混合料置于钢模具中，在多层压机上压制成型，压力为4mpa，固化升温速率为5℃/h，固化温度为100℃，保温时间为0.5h。

步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为740℃，炭化升温速率为5℃/h，保温时间为1.0h。

步骤五：将步骤四中炭化处理后的半成品进入树脂槽中，进行加压浸渍，压力为1.0mpa下进行浸渍1h，然后进行固化处理，固化温度为100℃，固化升温速率为5℃/h，保温时间为1.0h，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为740℃，炭化升温速率为2℃/h，保温时间为1.0h。

步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得汽车用高散热性炭/炭刹车盘。

实施例2

步骤一：采用短切炭纤维、炭粉、石墨粉、硼粉、树脂作为主要原材料，并添加适量的石墨烯材料，短切炭纤维长度为5mm，炭粉的颗粒大小为200目，石墨粉的颗粒大小为200目，硼粉颗粒大小为700目，树脂为酚醛树脂。

步骤二：将步骤一中材料按比例称取好后在搅拌罐中进行搅拌，炭纤维重量百分比为30wt%，炭粉重量百分比为10wt%，石墨粉重量百分比为5wt%，硼粉重量百分比为3wt%，树脂重量百分比为51.9wt%，石墨烯添加量为0.1wt%，搅拌时间为8h。

步骤三：将步骤二中混合料置于钢模具中，在多层压机上压制成型，压力为20mpa，固化升温速率为15℃/h，固化温度为150℃，保温时间为2h。

步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为800℃，炭化升温速率为15℃/h，保温时间为2.0h。

步骤五：将步骤四中炭化处理后的半成品进入树脂槽中，进行加压浸渍，压力为1.5mpa下进行浸渍3h，然后进行固化处理，固化温度为150℃，固化升温速率为30℃/h，保温时间为2.0h，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为800℃，炭化升温速率为20℃/h，保温时间为3.0h。

步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得汽车用高散热性炭/炭刹车盘。

实施例3

步骤一：采用短切炭纤维、炭粉、石墨粉、硼粉、树脂作为主要原材料，并添加适量的石墨烯材料，短切炭纤维长度为10mm，炭粉的颗粒大小为300目，石墨粉的颗粒大小为300目，硼粉颗粒大小为800目，树脂为酚醛树脂。

步骤二：将步骤一中材料按比例称取好后在搅拌罐中进行搅拌，炭纤维重量百分比为50wt%，炭粉重量百分比为8wt%，石墨粉重量百分比为1wt%，硼粉重量百分比为2wt%，树脂重量百分比为38wt%，石墨烯添加量为1.0wt%，搅拌时间为15h。

步骤三：将步骤二中混合料置于钢模具中，在多层压机上压制成型，压力为40mpa，固化升温速率为50℃/h，固化温度为180℃，保温时间为5h。

步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于炭化炉内进行炭化处理，炭化温度为1000℃，炭化升温速率为50℃/h，保温时间为5.0h。

步骤五：将步骤四中炭化处理后的半成品进入树脂槽中，进行加压浸渍，压力为4.0mpa下进行浸渍5h，然后进行固化处理，固化温度为180℃，固化升温速率为50℃/h，保温时间为5.0h，出炉后转炭化炉炭化处理，炭化温度为1000℃，炭化升温速率为30℃/h，保温时间为5.0h。

步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得汽车用高散热性炭/炭刹车盘。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。