本發(fā)明涉及復(fù)合材料材料制造領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硅鋁基剎車盤材料的制備方法。

背景技術(shù)：

剎車盤在汽車的制動系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，性能優(yōu)良的剎車盤是汽車安全行駛的前提條件之一。雖然經(jīng)過多年的應(yīng)用與發(fā)展，但是從早期的石棉剎車盤到目前廣泛使用的鑄鐵剎車盤，在環(huán)保、質(zhì)量等方面都存在一些缺陷，并不能完全滿足市場需求。汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車產(chǎn)量的大幅度增加，降低能源消耗、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)對汽車用材料輕量化的要求，迫使人們不停地開展對汽車剎車盤的研究。

鋁合金汽車剎車盤具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、重量輕，可比鋼制車剎車盤重量減輕30%-40%，鋁合金汽車剎車盤有明顯的減重效果；2、減震性能好，吸收沖擊能量強(qiáng)，從而可以改善車輛的行駛性能，提高安全性；3、導(dǎo)熱性好，可以降低輪胎的工作溫度，提高輪胎的使用壽命；4、外形美觀，采用不同工藝生產(chǎn)鋁合金輪轂的結(jié)構(gòu)可以多樣化。

陶瓷顆粒、晶須、纖維作為增強(qiáng)體的復(fù)合材料最為常見，在穩(wěn)態(tài)或低載荷作用下表現(xiàn)良好；但韌性差且抗沖擊能力弱，在載荷反復(fù)變化或有較大沖擊時，會呈現(xiàn)為脆性斷裂、增強(qiáng)相脫落等，從而造成復(fù)合材料的耐磨性難以發(fā)揮，并且作為工件使用時的可靠性差。而三維多孔預(yù)制體作為增強(qiáng)體的復(fù)合材料一定程度上提高了承載能力，但預(yù)制體制備工藝復(fù)雜。雖然上述傳統(tǒng)的金屬基陶瓷復(fù)合材料都具有相對較好的力學(xué)性能、良好的耐磨性和抗腐蝕能力并兼具導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，但它們的密度相對較高，制造工藝復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種碳化硅鋁基剎車盤材料的制備方法，采用碳化硅-鋁作為基體材料，從而調(diào)節(jié)所述復(fù)合材料的總體密度以及強(qiáng)度，此外還通過加入包覆材料的無機(jī)粒子的方式改進(jìn)抗拉強(qiáng)度和耐久度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種碳化硅鋁基剎車盤材料的制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）制備碳化硅-鋁基材

通過常規(guī)方法制備出直徑為5mm的碳化硅陶瓷空心球；

將準(zhǔn)備好的碳化硅陶瓷空心球放入濃度為56％-58％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的氫氟酸中進(jìn)行酸洗處理，之后放入電爐中預(yù)熱到400-600℃，并保持3-4個小時；

在鑄模的底部放置一片孔徑0.5mm、厚度10mm的多孔陶瓷，設(shè)定碳化硅陶瓷空心球的總體積為鑄模的體積的50％，確定放入碳化硅陶瓷空心球的數(shù)量，然后將預(yù)處理后的預(yù)定數(shù)量的碳化硅陶瓷空心球放入鑄模內(nèi)；在放置過程中兼顧堆積方式，使各個碳化硅陶瓷空心球在鑄模內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)；在最頂層的碳化硅陶瓷空心球上覆蓋一片孔徑為5mm、厚度為15mm的石墨板；之后，通過分段式電爐對放入鑄模內(nèi)的碳化硅陶瓷空心球進(jìn)行預(yù)熱并保持在650-700℃；

通過分段式電爐將容納腔室和保壓部件加熱至700℃之后，將700-750℃的鋁熔液澆鑄到容納腔室中；

開啟分子泵并打開閥門，待真空度到達(dá)0.1-0.2MPa時，在負(fù)壓作用下使鋁熔液充分浸入到碳化硅陶瓷空心球的間隙中；

待到鋁熔液基本上全部浸滲到碳化硅陶瓷空心球的間隙之后，關(guān)閉分子泵和閥門；并冷卻至室溫；

在室溫下保持6-8小時后取出鑄錠，得到碳化硅-鋁基材；

（2）將鎂粉進(jìn)行熔煉，制備鋁合金，其中需要調(diào)節(jié)鋁合金中鎂含量在10-15%、鋅含量0.3-0.5%、錳含量在0.1-0.2%、鎳含量在0.05-0.09%，得鋁合金；

按重量份量計(jì)，將上述鋁合金30-50份與上述碳化硅-鋁基材60-85份進(jìn)行熔煉，壓壓鑄成型，得到的剎車盤復(fù)合材料。

優(yōu)選的，在步驟（2）中，鋁合金和碳化硅-鋁基材熔煉的溫度是690-710℃，熔煉過程中采用無接觸式電磁攪拌。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用碳化硅-鋁作為基體材料，從而調(diào)節(jié)所述復(fù)合材料的總體密度以及強(qiáng)度，此外還通過加入包覆材料的無機(jī)粒子的方式改進(jìn)抗拉強(qiáng)度和耐久度。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

通過常規(guī)方法制備出直徑為5mm的碳化硅陶瓷空心球； 將準(zhǔn)備好的碳化硅陶瓷空心球放入濃度為56％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的氫氟酸中進(jìn)行酸洗處理，之后放入電爐中預(yù)熱到400℃，并保持3個小時。

在鑄模的底部放置一片孔徑0.5mm、厚度10mm的多孔陶瓷，設(shè)定碳化硅陶瓷空心球的總體積為鑄模的體積的50％，確定放入碳化硅陶瓷空心球的數(shù)量，然后將預(yù)處理后的預(yù)定數(shù)量的碳化硅陶瓷空心球放入鑄模內(nèi)；在放置過程中兼顧堆積方式，使各個碳化硅陶瓷空心球在鑄模內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)；在最頂層的碳化硅陶瓷空心球上覆蓋一片孔徑為5mm、厚度為15mm的石墨板；之后，通過分段式電爐對放入鑄模內(nèi)的碳化硅陶瓷空心球進(jìn)行預(yù)熱并保持在650-700℃。

通過分段式電爐將容納腔室和保壓部件加熱至700℃之后，將700℃的鋁熔液澆鑄到容納腔室中；開啟分子泵并打開閥門，待真空度到達(dá)0.1MPa時，在負(fù)壓作用下使鋁熔液充分浸入到碳化硅陶瓷空心球的間隙中。

待到鋁熔液基本上全部浸滲到碳化硅陶瓷空心球的間隙之后，關(guān)閉分子泵和閥門；并冷卻至室溫； 在室溫下保持6-8小時后取出鑄錠，得到碳化硅-鋁基材。

將鎂粉進(jìn)行熔煉，制備鋁合金，其中需要調(diào)節(jié)鋁合金中鎂含量在10%、鋅含量0.3%、錳含量在0.1%、鎳含量在0.05%，得鋁合金。

按重量份量計(jì)，將上述鋁合金30份與上述碳化硅-鋁基材60份進(jìn)行熔煉，壓壓鑄成型，得到的剎車盤復(fù)合材料。鋁合金和碳化硅-鋁基材熔煉的溫度是690℃，熔煉過程中采用無接觸式電磁攪拌。

實(shí)施例二

通過常規(guī)方法制備出直徑為5mm的碳化硅陶瓷空心球； 將準(zhǔn)備好的碳化硅陶瓷空心球放入濃度為58％質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的氫氟酸中進(jìn)行酸洗處理，之后放入電爐中預(yù)熱到600℃，并保持4個小時。

在鑄模的底部放置一片孔徑0.5mm、厚度10mm的多孔陶瓷，設(shè)定碳化硅陶瓷空心球的總體積為鑄模的體積的50％，確定放入碳化硅陶瓷空心球的數(shù)量，然后將預(yù)處理后的預(yù)定數(shù)量的碳化硅陶瓷空心球放入鑄模內(nèi)；在放置過程中兼顧堆積方式，使各個碳化硅陶瓷空心球在鑄模內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)；在最頂層的碳化硅陶瓷空心球上覆蓋一片孔徑為5mm、厚度為15mm的石墨板；之后，通過分段式電爐對放入鑄模內(nèi)的碳化硅陶瓷空心球進(jìn)行預(yù)熱并保持在650-700℃。

通過分段式電爐將容納腔室和保壓部件加熱至700℃之后，將750℃的鋁熔液澆鑄到容納腔室中；開啟分子泵并打開閥門，待真空度到達(dá)0.2MPa時，在負(fù)壓作用下使鋁熔液充分浸入到碳化硅陶瓷空心球的間隙中。

待到鋁熔液基本上全部浸滲到碳化硅陶瓷空心球的間隙之后，關(guān)閉分子泵和閥門；并冷卻至室溫； 在室溫下保持8小時后取出鑄錠，得到碳化硅-鋁基材。

將鎂粉進(jìn)行熔煉，制備鋁合金，其中需要調(diào)節(jié)鋁合金中鎂含量在15%、鋅含量0.5%、錳含量在0.2%、鎳含量在0.09%，得鋁合金。

按重量份量計(jì)，將上述鋁合金50份與上述碳化硅-鋁基材85份進(jìn)行熔煉，壓壓鑄成型，得到的剎車盤復(fù)合材料。鋁合金和碳化硅-鋁基材熔煉的溫度是690-710℃，熔煉過程中采用無接觸式電磁攪拌。