一种高性能碳陶刹车盘及其制备方法与流程

本发明涉及刹车盘制造，尤其涉及一种高性能碳陶刹车盘及其制备方法。

背景技术：

1、随着交通运输行业的快速发展，车辆制动性能要求也随之提高，传统盘式汽车制动器，是通过卡钳的刹车片夹紧刹车盘，刹车片与刹车盘之间的接触面的摩擦力来产生制动的，使车辆减速或者停车。但是在传统盘式汽车制动器中，刹车盘一般常用的是铸铁结构，铸铁结构的刹车盘虽然成本低，但是刹车盘一体成型，致使刹车盘只能采用一种材质，重量较大，且散热性较差。碳陶复合刹车材料是以高强度碳纤维为增强体，以热解碳、碳化硅为基体的两相或多相结合而成的一种新型复合材料，该材料集粉末冶金刹车材料和c/c刹车材料的优点于一体，并有效地克服了上述材料的缺点，具有重量轻、比强度高、比热大、摩擦性能稳定、机械性能稳定等优点，尤其是冲击韧性高，耐海水、盐雾腐蚀能力强。

2、目前碳陶刹车盘的制备工艺为针刺-碳化-高温处理-化学气相沉积-高温处理-加工-渗硅-加工，目前的碳陶刹车盘在xy平面方向均匀同一材料，为保证有良好的导热能力，碳化硅含量往往在40vol％以上，但是碳化硅含量过大会导致碳化硅和碳纤维热失配的情况愈加严重，从而导致产品力学性能下降。在刹车盘和盘头连接的孔位处，往往承受较大的剪切力，如果样品密度太大导致样品力学性能下降，会导致在连接孔位处开裂。对此，提出一种高性能碳陶刹车盘，有效提高刹车盘连接位置强度，防止连接孔位处开裂。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种高性能碳陶刹车盘，在不同区域设置不同的碳纤维含量和纤维取向，可以提高刹车盘连接处的材料强度，防止开裂。

2、为达此目的，本发明提供一种高性能碳陶刹车盘，所述高性能碳陶刹车盘包括基体区和连接区，所述连接区设置在所述基体区内环并与基体区固定连接为一体。所述连接区设有若干个连接孔，所述连接孔沿高性能碳陶刹车盘的轴心圆周均匀分布。所述基体区的碳纤维与碳的总含量为45-55vol％，碳化硅含量为40-50vol％，硅含量为5-10vol％；所述连接区的碳纤维与碳的总含量为55-65vol％，碳化硅含量为30-40vol％，硅含量为5-10vol％，所述连接区的碳纤维与碳的总含量比所述基体区的碳纤维与碳的总含量大5-10vol％。

3、优选的，所述连接区所占体积为所述高性能碳陶刹车盘整体体积的10-30％，所述基体区所占体积为所述高性能碳陶刹车盘整体体积的70-90％。

4、优选的，所述连接区中碳纤维沿预定方向分布。所述基体区中的碳纤维方向则呈无规则分布。

5、优选的，所述连接区碳纤维沿高性能碳陶刹车盘的内圈方向分布并与内圈呈预定平均切角。

6、优选的，所述连接区碳纤维与内圈平均切角小于30°。

7、本发明还提出一种高性能碳陶刹车盘的制备方法，制备方法如下：

8、s1：取45-55vol％的碳纤维束，45-55vol％的酚醛树脂粉混合均匀，得到基体区混合料；取55-65vol％的碳纤维束，35-45vol％的酚醛树脂粉混合均匀，得到连接区混合料；

9、s2：将中空圆柱状隔板放入模具中，将连接区混合料放入填料框内侧，并用铁耙将纤维沿着内圈方向进行梳理；再将基体区混合料放入填料框外侧；

10、s3：将所述填料框抽走，然后对模具进行压制得到固化坯体，压力为20-30mpa，温度为120-160℃，保温3-4h；

11、s4：将所述固化坯体进行碳化处理得到碳化坯体；

12、s5：对所述碳化坯体进行机械加工得到刹车盘坯体；

13、s6：将所述刹车盘坯体放入氮化硼坩埚中进行渗硅处理，渗硅处理完后进行表面打磨和外轮廓尺寸加工得到所述高性能碳陶刹车盘。

14、优选的，步骤s4中碳化温度为800-1200℃，保温2-6h。

15、优选的，步骤s6中氮化硼坩埚中预先放入所述刹车盘坯体质量1.1倍的硅粉。

16、优选的，步骤s6渗硅处理温度为1600-1800℃，保温时间为2-6h，炉膛压力小于1000pa。

17、有益效果：本发明提供的高性能碳陶刹车盘，通过将碳陶刹车盘分为基体区和连接区，基体区和连接区具有不同的纤维含量和纤维取向，基体区纤维含量较低碳化硅含量较高，保证了基体的导热性能，避免摩擦时产生的热量不能及时导出；而连接区纤维含量较高碳化硅含量较低，且纤维具有取向，保证了连接处的材料强度，在摩擦时不容易出现开裂，大大提高了碳陶刹车盘的综合性能。本发明还提出一种高性能碳陶刹车盘的制备方法，工艺简单易规模化实施，具有良好的经济效益。

1.一种高性能碳陶刹车盘，所述高性能碳陶刹车盘包括基体区和连接区，其特征在于，所述连接区设置在所述基体区内环并与基体区固定连接为一体，所述连接区设有若干个连接孔，所述连接孔沿高性能碳陶刹车盘的轴心圆周均匀分布；所述基体区的碳纤维与碳的总含量为45-55vol％，碳化硅含量为40-50vol％，硅含量为5-10vol％；所述连接区的碳纤维与碳的总含量为55-65vol％，碳化硅含量为30-40vol％，硅含量为5-10vol％，所述连接区的碳纤维与碳的总含量比所述基体区的碳纤维与碳的总含量大5-10vol％。

2.如权利要求1所述的高性能碳陶刹车盘，其特征在于，所述连接区所占体积为所述高性能碳陶刹车盘整体体积的10-30％，所述基体区所占体积为所述高性能碳陶刹车盘整体体积的70-90％。

3.如权利要求1所述的高性能碳陶刹车盘，其特征在于，所述连接区中碳纤维沿预定方向分布。

4.如权利要求3所述的高性能碳陶刹车盘，其特征在于，所述连接区碳纤维沿高性能碳陶刹车盘的内圈方向分布并与内圈呈预定平均切角。

5.如权利要求4所述的高性能碳陶刹车盘，其特征在于，所述连接区碳纤维与内圈平均切角小于30°。

6.一种高性能碳陶刹车盘的制备方法，用于制备如权利要求1-5任一所述的如高性能碳陶刹车盘，其特征在于，制备方法如下：

7.如权利要求6所述的高性能碳陶刹车盘的制备方法，其特征在于，步骤s4中碳化温度为800-1200℃，保温2-6h。

8.如权利要求6所述的高性能碳陶刹车盘的制备方法，其特征在于，步骤s6中氮化硼坩埚中预先放入所述刹车盘坯体质量1.1倍的硅粉。

9.如权利要求6所述的高性能碳陶刹车盘的制备方法，其特征在于，步骤s6渗硅处理温度为1600-1800℃，保温时间为2-6h，炉膛压力小于1000pa。