一种改性SICAL汽车刹车材料的制备方法.pdf

本发明公开一种改性SiC-Al汽车刹车材料的制备方法，属于刹车材料技术领域。步骤：第1步、将SiC微粉与有机溶剂混合，再在N2的保护下，加入硅烷偶联剂，升温进行反应，结束后降温过滤，用乙醇清洗滤饼，烘干，得到偶联剂改性SiC微粉；将偶联剂改性SiC微粉加入水，再加入丙烯酰胺、氧化铝粉末和引发剂，在N2的保护下升温进行反应，结束后降温，过滤后，用乙醇清洗滤饼，烘干，得到包覆改性SiC微粉；将包覆改性的SiC微粉在N2的保护下，烧结，得到烧结微粒；在坩埚内放入铝合金，加热，再加入烧结微粒，进行搅拌，结束后浇筑为试样，即得。

1.  一种改性SiC-Al汽车刹车材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步、按重量份计，将SiC微粉30～50份与200～400份的有机溶剂混合，再在N₂的保护下，加入硅烷偶联剂KH-550  30份，升温至85～95℃，进行反应，结束后降温过滤，用乙醇清洗滤饼，烘干，得到偶联剂改性SiC微粉；
第2步、将偶联剂改性SiC微粉加入500～800份水中，再加入200～400份的丙烯酰胺、氧化铝粉末10～15份和5～10份引发剂，在N₂的保护下升温至50～60℃，进行反应，结束后降温，过滤后，用乙醇清洗滤饼，烘干，得到包覆改性SiC微粉；
第3步、将包覆改性的SiC微粉在N₂的保护下，于600～700℃烧结2～4小时，得到烧结微粒；
第4步、在坩埚内放入铝合金，加热至700～720℃，再加入预热至200～240℃的烧结微粒，进行搅拌，结束后浇筑为试样，即得摩擦材料。

2.  根据权利要求1所述的改性SiC-Al汽车刹车材料的制备方法，其特征在于：所述的第1步中，有机溶剂是甲苯、二氯甲烷或者乙酸乙醋中的一种或者几种的混合物。

3.  根据权利要求1所述的改性SiC-Al汽车刹车材料的制备方法，其特征在于：所述的第1步中，SiC微粉的粒度范围在0.5～5μm，含量≥98%，比表面积≥2m²·g^-1。

4.  根据权利要求1所述的改性SiC-Al汽车刹车材料的制备方法，其特征在于：所述的第1步中，反应时间4～6小时。

5.  根据权利要求1所述的改性SiC-Al汽车刹车材料的制备方法，其特征在于：所述的第2步中，氧化铝粉末的粒度范围0.1～1μm。

6.  根据权利要求1所述的改性SiC-Al汽车刹车材料的制备方法，其特征在于：所述的第2步中，引发剂是过氧化氢。

7.  根据权利要求1所述的改性SiC-Al汽车刹车材料的制备方法，其特征在于：所述的第4步中，搅拌时间是1～3小时。

8.  根据权利要求1所述的改性SiC-Al汽车刹车材料的制备方法，其特征在于：所述的第4步中，所述的铝合金是指合金代号为ZL102的铝合金。

9.  根据权利要求1所述的改性SiC-Al汽车刹车材料的制备方法，其特征在于：所述的第4步中，烧结微粒与铝合金的重量比是1：8～12。

一种改性SiC-Al汽车刹车材料的制备方法
技术领域
    本发明公开一种改性SiC-Al汽车刹车材料的制备方法，属于刹车材料技术领域。
背景技术
汽车行驶时，在紧急制动的情情况下，工作面受到刹车机构施加的巨大的摩擦力的作用而使汽车在凡秒钟内停止，汽车的动能在瞬间转化为摩擦产生的热能。由于摩擦产生的能量转化成热量并且被刹车片吸收，导致刹车片温度升高，最高温度可达到600℃。刹车片导热性应该良好，能迅速将产生的热量散去，否则，会对刹车片本身及车轮造成损害。刹车片就是依靠摩擦力来制动，从安全的角度出发，一般规定其报废的最大磨损量单面不大于1毫米，从这一点不难看出，刹车片的材料应具有很高的耐磨损性能。
目前，国内外的汽车刹车片绝大多数采用铸铁制造，存在的缺点较多。(1)由于铸造工艺的限制，铸件的尺寸精度差，刹车片整个表面都需要进行机械加工。铸造的灰铸铁刹车片进行机加工除去铸件外皮后，由于铸件的内应力的消除，必然会导致铸件的变形，故尺寸和外形要求较严的刹车片不得不额外增加机加工余量，便于进行精加工。经过多次加工，金属利用率低，制造周期长，生产成本大为增加。(2)铸铁刹车片的导热性差，铸铁刹车片因制动摩擦发热而使其表面温度高达600℃，其工作表面温度很高且温度梯度大，易形成热点而产生热裂。
从20世纪60年代开始，美、欧、日等国家大面积推广使用的第二代刹车片是半金属石墨复合材料制造的芝。其主要成分是钢纤维、石墨、金属粉及其辅料，用改性酚醛树脂粘结成型。半金属刹车片比石棉刹车片耐磨性提高2590以上，摩擦系数高、导热性好加工易成型。同时，这种刹车片也出现钢纤维在潮湿环境中易生锈、刹车时噪音大等缺点。
发明内容
本发明的目的是：解决SiC-Al刹车材料的硬度不高、导热性不好的问题，主要是通过对SiC颗粒进行改进和包覆的方式解决，具体的技术方案是：
一种改性SiC-Al汽车刹车材料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、按重量份计，将SiC微粉30～50份与200～400份的有机溶剂混合，再在N₂的保护下，加入硅烷偶联剂KH-550   30份，升温至85～95℃，进行反应，结束后降温过滤，用乙醇清洗滤饼，烘干，得到偶联剂改性SiC微粉；
第2步、将偶联剂改性SiC微粉加入500～800份水中，再加入200～400份的丙烯酰胺、氧化铝粉末10～15份和5～10份引发剂，在N₂的保护下升温至50～60℃，进行反应，结束后降温，过滤后，用乙醇清洗滤饼，烘干，得到包覆改性SiC微粉；
第3步、将包覆改性的SiC微粉在N₂的保护下，于600～700℃烧结2～4小时，得到烧结微粒；
第4步、在坩埚内放入铝合金，加热至700～720℃，再加入预热至200～240℃的烧结微粒，进行搅拌，结束后浇筑为试样，即得摩擦材料。
所述的第1步中，有机溶剂是甲苯、二氯甲烷或者乙酸乙醋中的一种或者几种的混合物。
所述的第1步中，SiC微粉的粒度范围在0.5～5μm，含量≥98%，比表面积≥2m²·g^-1。
所述的第1步中，反应时间4～6小时。
所述的第2步中，氧化铝粉末的粒度范围0.1～1μm。
所述的第2步中，引发剂是过氧化氢。
所述的第4步中，搅拌时间是1～3小时。
所述的第4步中，所述的铝合金是指合金代号为ZL102的铝合金。
所述的第4步中，烧结微粒与铝合金的重量比是1：8～12。
有益效果
    本发明通过SiC微粉的表面进行硅烷偶联剂改性，同时可以改性氧化铝粉末的表面，使两氧化铝颗粒可以包覆于SiC微粉的表面，再经过烧结之后，氧化铝颗粒可以覆盖于SiC的表面，再将SiC加入至铝合金中，可以较好地克服了SiC在铝合金中分布不均匀的问题，提高导热率。
具体实施方式
实施例1
第1步、按重量份计，将SiC微粉(粒度范围在0.5～5μm，含量98%，比表面积5m²·g^-1)30份与200份的二氯甲烷混合，再在N₂的保护下，加入硅烷偶联剂KH-550   30份，升温至85℃，进行反应，反应时间4小时，结束后降温过滤，用乙醇清洗滤饼，烘干，得到偶联剂改性SiC微粉；
第2步、将偶联剂改性SiC微粉加入500份水中，再加入200份的丙烯酰胺、氧化铝粉末(粒度范围0.1～1μm)10份和5份引发剂过氧化氢，在N₂的保护下升温至50℃，进行反应，结束后降温，过滤后，用乙醇清洗滤饼，烘干，得到包覆改性SiC微粉；
第3步、将包覆改性的SiC微粉在N₂的保护下，于600～700℃烧结2小时，得到烧结微粒；
第4步、在坩埚内放入铝合金ZL102，加热至700℃，再加入预热至200℃的烧结微粒，烧结微粒与铝合金的重量比是1：10，进行搅拌，搅拌时间是1小时，结束后浇筑为试样，即得摩擦材料。
实施例2
第1步、按重量份计，将SiC微粉(粒度范围在0.5～5μm，含量98%，比表面积5m²·g^-1) 50份与400份的二氯甲烷混合，再在N₂的保护下，加入硅烷偶联剂KH-550   30份，升温至95℃，进行反应，反应时间6小时，结束后降温过滤，用乙醇清洗滤饼，烘干，得到偶联剂改性SiC微粉；
第2步、将偶联剂改性SiC微粉加入800份水中，再加入400份的丙烯酰胺、氧化铝粉末(粒度范围0.1～1μm) 15份和10份引发剂过氧化氢，在N₂的保护下升温至60℃，进行反应，结束后降温，过滤后，用乙醇清洗滤饼，烘干，得到包覆改性SiC微粉；
第3步、将包覆改性的SiC微粉在N₂的保护下，于00℃烧结4小时，得到烧结微粒；
第4步、在坩埚内放入铝合金ZL102，加热至720℃，再加入预热至240℃的烧结微粒，烧结微粒与铝合金的重量比是1：10，进行搅拌，搅拌时间是3小时，结束后浇筑为试样，即得摩擦材料。
实施例3
第1步、按重量份计，将SiC微粉(粒度范围在0.5～5μm，含量98%，比表面积5m²·g^-1)40份与200～400份的二氯甲烷混合，再在N₂的保护下，加入硅烷偶联剂KH-550   30份，升温至90℃，进行反应，反应时间5小时，结束后降温过滤，用乙醇清洗滤饼，烘干，得到偶联剂改性SiC微粉；
第2步、将偶联剂改性SiC微粉加入700份水中，再加入300份的丙烯酰胺、氧化铝粉末(粒度范围0.1～1μm)12份和7份引发剂过氧化氢，在N₂的保护下升温至55℃，进行反应，结束后降温，过滤后，用乙醇清洗滤饼，烘干，得到包覆改性SiC微粉；
第3步、将包覆改性的SiC微粉在N₂的保护下，于650℃烧结3小时，得到烧结微粒；
第4步、在坩埚内放入铝合金ZL102，加热至710℃，再加入预热至220℃的烧结微粒，烧结微粒与铝合金的重量比是1：10，进行搅拌，搅拌时间是2小时，结束后浇筑为试样，即得摩擦材料。
对照例
与实施例3的区别在于：第2中的氧化铝粉末是在第4步中加入。
第1步、按重量份计，将SiC微粉(粒度范围在0.5～5μm，含量98%，比表面积5m²·g^-1)40份与200～400份的二氯甲烷混合，再在N₂的保护下，加入硅烷偶联剂KH-550   30份，升温至90℃，进行反应，反应时间5小时，结束后降温过滤，用乙醇清洗滤饼，烘干，得到偶联剂改性SiC微粉；
第2步、将偶联剂改性SiC微粉加入700份水中，再加入300份的丙烯酰胺和7份引发剂过氧化氢，在N₂的保护下升温至55℃，进行反应，结束后降温，过滤后，用乙醇清洗滤饼，烘干，得到包覆改性SiC微粉；
第3步、将包覆改性的SiC微粉在N₂的保护下，于650℃烧结3小时，得到烧结微粒；
第4步、在坩埚内放入铝合金ZL102，加热至710℃，再加入预热至220℃的烧结微粒，以及氧化铝粉末(粒度范围0.1～1μm)12份，烧结微粒与铝合金的重量比是1：10，进行搅拌，搅拌时间是2小时，结束后浇筑为试样，即得摩擦材料。
性能试验
将刹车材料按照GB228测试其室温拉伸性能，采用导热率测试仪测定其导热率（200℃下）。

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从表中可以看出，本发明提供的汽车刹车材料具有较好的强度参数和导热率，其中，对照例与实施例3相比可以看出，通过将氧化铝粉末包覆于SiC的表面再进行烧结之后，可以有效地提高改性SiC微粉在Al中的分散性，提高强度和导热率。