碳碳刹车盘改性浆料及碳碳刹车盘的制备方法
技术领域
本发明涉及刹车盘制备工艺领域，尤其是涉及一种碳碳刹车盘改性浆料及碳碳刹车盘的制备方法。
背景技术
由于C/C复合材料具有高比强、高比模、低密度、优良的导热性能以及高承载能力、长使用寿命等突出优点，目前已经占据飞机刹车市场的绝对主导地位。但随着应用规模的扩大，发现C/C刹车盘也存在一定的缺陷，具体表现在以下几个方面：
(1)静摩擦系数偏低，仅为0.12～0.18。为满足起飞线静刹车的需要，在飞机正常刹车7～10MPa的基础上，需增加一套20MPa左右的高压静刹车系统，飞机刹车系统的结构也更加复杂，这在一定程度上影响到了飞机刹车的可靠性和安全性。
(2)刹车时存在刹车力矩有前冲现象，并有抖动，刹车效率偏低。
(3)湿态刹车性能差，具体表现为清晨第一次刹车或雨天刹车时，刹车力矩偏低，这种情况通常称为“早晨病”。
(4)刹车温度偏高，正常着陆500～800℃，中止起飞时甚至1200℃以上。
为解决上述问题，因此，需要研发一种各项性能均优异的碳碳刹车盘。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳碳刹车盘改性浆料及碳碳刹车盘的制备方法，解决现有碳碳刹车盘静摩擦系数偏低、湿态刹车性能差和刹车温度偏高等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：配制一种改性料浆，并将其与树脂进行混合配制成浸渍剂，利用真空加压工艺将上述配制的浸渍剂浸渗到C/C刹车盘预制体内，再对刹车盘预制体进行固化，对固化后的刹车盘预制体进行CVI致密化处理，最后经高温热处理得到碳碳刹车盘成品。
所述改性料浆由改性剂、悬浮剂和去离子水组成，其质量百分比分别为：7～10％、1～2％和80～90％。其中改性剂包括质量百分比为10～15％的石墨粉，质量百分比为20～35％的B4C粉，质量百分比为25～35％的碳化硅粉和质量百分比为30～40％的碳粉。将按照上述步骤配制的改性料浆与树脂按照质量百分比(20～30％):(70～80％)的比例进行混合配制成浸渍剂，利用真空加压工艺将上述配制的浸渍剂浸渗到C/C刹车盘预制体内，再对刹车盘预制体进行固化，对固化后的刹车盘预制体进行CVI致密化处理，最后经高温热处理得到碳碳刹车盘成品。
优先的，所述石墨粉、B4C粉、碳化硅粉和碳粉粒径均为1～5μm。
优选的，所述石墨粉、B4C粉、碳化硅粉和碳粉的优选质量百分比分别为：13％：28％：27％：32％。
一种碳碳刹车盘的制备方法，包括以下步骤：
1)浆料制备步骤，将质量百分比为10～15％的石墨粉、质量百分比为20～35％的B4C粉、质量百分比为25～35％的碳化硅粉和质量百分比为30～40％的碳粉进行混合得改性剂；将改性剂加入去离子水中配置成改性浆料，并加入羧甲基纤维素钠作为浆料悬浮剂；其中，改性剂的质量百分比为7～10％，悬浮剂的质量百分比为1～2％，去离子水的质量百分比为80～90％；
2)对刹车盘预制体进行浸渗步骤，将步骤1)获得的改性浆料与树脂按照质量百分比(20～30％):(70～80％)的比例进行混合配制成浸渍剂；然后利用真空加压工艺将浸渍剂浸渗到C/C刹车盘预制体内，浸渗压力为0.4～0.6MPa，浸渗时间为40～60min；
3)对刹车盘预制体进行固化，将刹车盘预制体放入固化炉中以180～190℃固化1.75～2.25小时；
4)CVD致密化处理，工艺条件为：以天然气为碳源气体，沉积温度1000℃～1050℃，沉积压力1～4kPa，沉积时间300～500h；
5)高温热处理，将CVI致密化处理后的刹车盘预制体送入高温热处理炉中以2100～2200℃高温热处理0.75～1.25h，即得到碳碳刹车盘成品。
本发明的有益效果：通过本发明碳碳刹车盘改性浆料和方法处理后的碳/碳刹车盘，能够有效提高碳碳刹车盘静摩擦系数；同时，还可以改善刹车时存在刹车力矩有前冲现象，以及刹车抖动，刹车效率低的问题。还能够提高刹车盘的散热性能，提高湿态刹车性能。所述石墨粉的添加使C/C刹车盘的摩擦力矩更加稳定、平滑；B4C粉的加入使C/C刹车盘比热大幅度提高，使刹车盘的热库热容增大，非常有利于降低刹车温度，在相同温度下可有力减少热库的体积。SiC粉料使C/C刹车盘的静摩擦性能和湿态摩擦性能得到提高。因此，通过本发明获得的刹车盘其综合性能都得到了提高。
以下将结合实施例，对本发明进行较为详细的说明。
具体实施方式
实施例1：一种碳碳刹车盘改性浆料，包括质量百分比为7～10％的改性剂、质量百分比为1～2％悬浮剂和质量百分比为80～90％的去离子水混合制得。所述悬浮剂为羧甲基纤维素钠。所述改性剂包括质量百分比为10～15％的石墨粉，质量百分比为20～35％的B4C粉，质量百分比为25～35％的碳化硅粉和质量百分比为30～40％的碳粉。所述的石墨粉、B4C粉、碳化硅粉和碳粉的粒径均为1～5μm。
实施例2：一种碳碳刹车盘的制备方法，包括以下步骤：
1)浆料制备步骤，将质量百分比为11％的石墨粉、质量百分比为30％的B4C粉、质量百分比为26％的碳化硅粉和质量百分比为33％的碳粉进行混合得改性剂；将改性剂加入去离子水中配置成改性浆料，并加入羧甲基纤维素钠作为浆料悬浮剂；其中，改性剂的质量百分比为8.9％，悬浮剂的质量百分比为1.7％，去离子水的质量百分比为89.4％；
2)对刹车盘预制体进行浸渗步骤，将步骤1)获得的改性浆料与呋喃树脂或酚醛树脂按照质量百分比23％:77％的比例进行混合配制成浸渍剂；然后利用真空加压工艺将浸渍剂浸渗到C/C刹车盘预制体内，浸渗压力为0.5MPa，浸渗时间为50min；
3)对刹车盘预制体进行固化，将刹车盘预制体放入固化炉中以185℃固化2小时；
4)CVD致密化处理，工艺条件为：以天然气为碳源气体，沉积温度1000℃～1050℃，沉积压力3kPa，沉积时间300～500h；
5)高温热处理，将CVI致密化处理后的刹车盘预制体送入高温热处理炉中以2100～2200℃高温热处理0.75～1.25h，即得到碳碳刹车盘成品。
实施例3：一种碳碳刹车盘的制备方法，包括以下步骤：
1)浆料制备步骤，将质量百分比为13％的石墨粉、质量百分比为28％的B4C粉、质量百分比为27％的碳化硅粉和质量百分比为32％的碳粉进行混合得改性剂；将改性剂加入去离子水中配置成改性浆料，并加入羧甲基纤维素钠作为浆料悬浮剂；其中，改性剂的质量百分比为9.5％，悬浮剂的质量百分比为1.5％，去离子水的质量百分比为89％；
2)对刹车盘预制体进行浸渗步骤，将步骤1)获得的改性浆料与呋喃树脂按照质量百分比25％:75％的比例进行混合配制成浸渍剂；然后利用真空加压工艺将浸渍剂浸渗到C/C刹车盘预制体内，浸渗压力为0.4～0.6MPa，浸渗时间为40～60min；
3)对刹车盘预制体进行固化，将刹车盘预制体放入固化炉中以180～190℃固化1.75～2.25小时；
4)CVD致密化处理，工艺条件为：以天然气为碳源气体，沉积温度1000℃～1050℃，沉积压力1～4kPa，沉积时间300～500h；
5)高温热处理，将CVI致密化处理后的刹车盘预制体送入高温热处理炉中以2100～2200℃高温热处理0.75～1.25h，即得到碳碳刹车盘成品。
实施例4：一种碳碳刹车盘的制备方法，包括以下步骤：
1)浆料制备步骤，将质量百分比为15％的石墨粉、质量百分比为26％的B4C粉、质量百分比为28％的碳化硅粉和质量百分比为31％的碳粉进行混合得改性剂；将改性剂加入去离子水中配置成改性浆料，并加入羧甲基纤维素钠作为浆料悬浮剂；其中，改性剂的质量百分比为10％，悬浮剂的质量百分比为2％，去离子水的质量百分比为88％；
2)对刹车盘预制体进行浸渗步骤，将步骤1)获得的改性浆料与呋喃树脂按照质量百分比28％:72％的比例进行混合配制成浸渍剂；然后利用真空加压工艺将浸渍剂浸渗到C/C刹车盘预制体内，浸渗压力为0.4～0.6MPa，浸渗时间为40～60min；
3)对刹车盘预制体进行固化，将刹车盘预制体放入固化炉中以180～190℃固化1.75～2.25小时；
4)CVD致密化处理，工艺条件为：以天然气为碳源气体，沉积温度1000℃～1050℃，沉积压力1～4kPa，沉积时间300～500h；
5)高温热处理，将CVI致密化处理后的刹车盘预制体送入高温热处理炉中以2100～2200℃高温热处理0.75～1.25h，即得到碳碳刹车盘成品。
实施例5：性能对比考核验证。
将采用上述料浆浸渍工艺制备的C/C刹车盘与未采用该工艺制备的C/C刹车盘进行性能检测对比，以验证其可行性与优越性，如表1所示，从表中可分析出采用该专利工艺制备的C/C刹车盘与未采用该专利工艺制备的C/C刹车盘的刹车性能对比。
表1性能对比分析表
从上表中可以看出以下几点：1)该专利工艺制备的C/C刹车盘湿态性能明显提高，可以有效解决“早晨病”问题。未采用该专利工艺制备的C/C刹车盘湿态刹车性能差，衰减幅度达到40％，减速率仅为2.1m/s2。采用该专利工艺制备的C/C刹车盘湿态衰减幅度仅为15％～20％，减速率达到3.4～3.6m/s2
2)采用该专利工艺制备的C/C刹车盘静刹车性能明显提高，静摩擦系数从0.17提高到了0.20～0.22，更加有利于刹车系统的匹配。
3)采用该专利工艺制备的C/C刹车盘刹车体容温度明显降低，可以有效解决刹车温度高的问题。采用该专利工艺制备的C/C刹车盘正常着陆的刹车温度500～520℃，较未采用该专利工艺制备的C/C刹车盘刹车温度较低了180～200℃。
以上结合附表对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
