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CN119059820A - 制动盘、制动盘的制备方法及车辆 - Google Patents

制动盘、制动盘的制备方法及车辆 Download PDF

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CN119059820A
CN119059820A CN202310627448.5A CN202310627448A CN119059820A CN 119059820 A CN119059820 A CN 119059820A CN 202310627448 A CN202310627448 A CN 202310627448A CN 119059820 A CN119059820 A CN 119059820A
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brake disc
blank
silicon carbide
grooves
manufacturing
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林信平
赵顺
薛焕
江品颐
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BYD Co Ltd
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Abstract

本申请提供了一种制动盘、制动盘的制备方法及车辆，该制动盘为碳陶制动盘且呈圆盘状，制动盘整体的石墨化度介于5％～25％之间。本申请制动盘由于其整体的石墨化度介于5％～25％之间，也即在制备过程设置碳原子由无定形乱层结构向三维有序的石墨晶体结构的转化相对较少，该过程对生产设备和生产条件的要求相对较低，进而降低了生产成本。

Description

制动盘、制动盘的制备方法及车辆
技术领域
本申请涉及制动盘技术领域，尤其涉及一种制动盘、该制动盘的制备方法以及一种包含该制动盘的车辆。
背景技术
近年来，碳陶复合材料由于具有耐磨损、抗氧化性强、耐高温、轻质等诸多优点，其被作为新一代制动领域的高性能摩擦材料而广泛应用于制动盘的制备。
现有的碳陶制动盘，制备过程中通常含有高温处理步骤，用于增大碳陶复合材料的孔隙率，便于后续通过液相渗硅等步骤提升碳陶复合材料的整体硬度和耐磨度。但其高温处理的温度可达2200℃，这对生产设备和工艺条件的要求较高，不利于制动盘的生产成本控制。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种生产成本较低的制动盘，以及该制动盘的制备方法。
第一方面，本申请提供了一种制动盘，该制动盘为碳陶制动盘，且呈圆盘状，制动盘整体的石墨化度介于5％～25％之间。
可以理解的，本申请通过将制动盘整体的石墨化度设置在5％～25％之间，也即在制备过程设置碳原子由无定形乱层结构向三维有序的石墨晶体结构的转化相对较少，该过程对生产设备和生产条件的要求相对较低，进而降低了生产成本。
在一种实施例中，制动盘的石墨化度介于10％～25％之间。
在本实施例中，通过将制动盘的石墨化度设置在10％～25％之间，以降低生产成本的同时保证制动盘具有一定的耐磨性和可靠性。
在一种实施例中，制动盘包括质量含量为50％-65％的碳化硅，质量含量为5％-10％的硅，质量含量为25％-45％的碳。
在本实施例中，基于制动盘的质量为100％，设置碳化硅在制动盘中的质量含量介于50％-65％之间，硅的质量含量介于5％-10％，碳的质量含量介于25％-45％之间，以保证制动盘的力学性能和耐磨性能。
在一种实施例中，制动盘沿自身厚度方向包括相背的两个端面，制动盘的端面的碳化硅质量含量高于制动盘的内部的碳化硅质量含量。
在本实施例中，基于制动盘整体的石墨化度介于5％～25％之间，通过设置制动盘的端面的碳化硅质量含量高于制动盘的内部的碳化硅质量含量，进而保证了制动盘端面的耐磨性。
在一种实施例中，制动盘的端面的碳化硅质量含量范围介于70％～90％之间；制动盘内部的碳化硅质量含量范围介于50％～65％之间。
在本实施例中，基于碳化硅具有优良的耐磨性和高强度特性，通过将制动盘端面的碳化硅质量含量范围介于70％～90％之间，可以保证端面的耐磨性，保证制动盘的使用寿命。通过设置制动盘内部的碳化硅质量含量范围介于50％～65％之间，以保证制动盘力学性能。
在一种实施例中，制动盘的端面设置有沟槽，沟槽的深度介于0.5mm～2mm之间，沟槽填充有质量含量至少为90％碳化硅。
在本实施例中，通过在制动盘的端面设置沟槽，且设置沟槽的深度介于0.5mm～2mm之间，同时在沟槽内填充质量含量至少为90％碳化硅，使沟槽外表面与制动盘端面处于同一水平面上。基于碳化硅具有优良的耐磨性，将碳化硅的质量含量设置为至少90％，可以增大端面的碳化硅质量含量，提升端面的耐磨性。
在一种实施例中，沟槽的宽度介于20μm～50μm之间。
在一种实施例中，沟槽呈螺旋状。
在一种实施例中，沿制动盘的径向相邻两圈沟槽之间的距离介于0.1mm～5mm之间。
第二方面，本申请提供了一种制动盘的制备方法，包括以下步骤：
对含有碳组分的第一坯体进行低温碳化处理，得到第二坯体；
采用化学气相沉积在第二坯体的表面形成热解碳膜，得到第三坯体；
进行液相渗硅处理；
加工得到制动盘。
本申请制动盘的制备方法通过采用低温碳化处理析出第一坯体内的杂质，也即采用低温碳化处理去除第一坯体内的非碳组分形成第二坯体，使得第二坯体具有较高的含碳量，以保证后续化学气相沉积形成的热解碳膜与第二坯体之间的附着力。同时，基于非碳组分的析出，还可以增大第二坯体的孔隙率。通过采用化学气相沉积在第二坯体的外表面形成热解碳膜，以保护第二坯体中的碳组分。同时化学气相沉积可以对第二坯体实现致密化，从而改善制动盘的力学性能。通过渗硅工艺，以使第二坯体内的碳组分和硅反应生成碳化硅，以保证制动盘端面的耐磨性。
可以理解的，本申请既保证了制动盘端面具有可靠的耐磨性，同时还由于无需高温处理，从而可以降低制备过程中对生产设备和工艺条件的要求，并降低了生产成本。
在一种实施例中，在第三坯体至少部分表面刻蚀出沟槽。
在本实施例中，通过在第三坯体至少部分表面蚀刻出沟槽，例如在第三坯体的两个端面蚀刻出沟槽，该沟槽为后续液相渗硅工艺中的硅组分与第三坯体中的碳组分提供充分的反应空间，以使第三坯体两个端面的碳化硅质量含量增大。基于碳化硅具有优良的耐磨性，增大端面的碳化硅质量含量可以提升端面的耐磨性。同时，硅组分通过沟槽少量进入第三坯体内部反应形成碳化硅，以形成“工”字形的物理钉扎结构，进而可以提高碳化硅与第三坯体界面间的结合强度，从而提高最终制备得到的制动盘的可靠性。
在一种实施例中，低温碳化处理的温度介于800℃～1000℃之间。
在本实施例中，通过将低温碳化处理的温度范围设置在800℃～1000℃之间，以析出第一坯体中的杂质，进而保证制得的第二坯体中碳组分的质量含量相对较高。
在一种实施例中，在第三坯体至少部分表面蚀刻出沟槽，包括：
蚀刻第三坯体以分别在第三坯体沿自身厚度方向的相背的两个端面上形成沟槽，且沟槽的深度介于0.5mm～2mm之间。
在本实施例中，通过将蚀刻的沟槽深度范围设置在0.5mm～2mm之间，以保证第三坯体端面碳化硅的厚度。一方面该区间的厚度可以保证最终制得的制动盘端面的耐磨性能，保证制动盘的使用寿命。另一方面，基于碳化硅的热膨胀系数与碳的热膨胀系数不同，该区间的厚度可以避免表层的碳化硅与第三坯体界面间产生裂纹。
在一种实施例中，在第三坯体至少部分表面蚀刻出沟槽，包括：
蚀刻第三坯体以分别在第三坯体沿自身厚度方向的相背的两个端面上形成沟槽，且沟槽的宽度介于20μm～50μm之间。
在本实施例中，通过将蚀刻的沟槽宽度范围设置在20μm～50μm之间，可以避免沟槽内存在游离硅，进而保证第三坯体端面碳化硅的质量含量，以保证端面的耐磨性。
在一种实施例中，在第三坯体至少部分表面蚀刻出沟槽，包括：
蚀刻第三坯体以分别在第三坯体沿自身厚度方向的相背的两个端面上形成螺旋形状的沟槽。
在本实施例中，通过将沟槽的形状设置为螺旋状，一方面可以保证制动盘在工作时，与刹车片摩擦产生的磨屑不容易从端面溢出影响磨损率。另一方面，螺旋状的沟槽可以有效缓解制动盘内部的热应力集中，提高制动盘抗裂纹扩展的能力。
在一种实施例中，蚀刻第三坯体以分别在第三坯体沿自身厚度方向的相背的两个端面上形成螺旋形状的沟槽，包括：
沿第三坯体的径向，相邻两圈沟槽之间的距离介于0.1mm～5mm之间。
在本实施例中，通过将相邻两圈沟槽之间的距离范围设置在0.1mm～5mm之间，以保证制动盘端面的碳化硅质量含量，同时保证表层碳化硅与制动盘界面之间的结合强度。
在一种实施例中，对含有碳组分的第一坯体进行低温碳化处理，得到第二坯体之前，还包括：
采用单元叠层针刺工艺制作第一坯体。
在本实施例中，通过将碳纤维胎网与无纬布依次循环铺层，利用带有倒钩的针对其针刺编织，使得碳纤维胎网与无纬布连成一体，以形成具有一定强度和独特结构的第一坯体。
在一种实施例中，在第三坯体至少部分表面蚀刻出沟槽之后，还包括：
采用高温热处理第三坯体。
在本实施例中，通过采用高温热处理第三坯体，以使端面的碳原子实现由无定形乱层结构向三维有序的石墨晶体结构转化。基于石墨晶体具有优良的化学稳定性和耐腐蚀性，高温热处理可以提高制动盘端面的抗氧化性和耐磨性。同时高温热处理可以进一步析出第三坯体内的非碳组分，以进一步增大第三坯体的孔隙率，以利于提升后续液相渗硅对第三坯体的致密化程度。
在一种实施例中，高温热处理的温度介于2000℃～2200℃之间。
在本实施例中，通过将高温热处理的温度范围设置在2000℃～2200℃之间，以保证最终制得的制动盘的石墨化程度和孔隙率。
第三方面，本申请提供一种车辆，该车辆包含上述任一实施例中的制动盘。
可以理解的，由于本申请的车辆采用了本申请第一方面的制动盘或采用了本申请第二方面方法制作的制动盘，因而也具有了较低的生产成本同时也保证了车辆的使用寿命。
附图说明
图1为本申请制动盘的结构示意图；
图2为本申请一种坯体的结构示意图；
图3为本申请制动盘的制备方法的流程步骤示意图；
图4为本申请制动盘的制备方法在步骤S100之前的坯体的局部截面结构示意图；
图5为本申请制动盘的制备方法在步骤S200完成后坯体的局部截面结构示意图；
图6为本申请制动盘的制备方法在步骤S300完成后坯体的局部截面结构示意图；
图7为本申请制动盘的制备方法在步骤S400完成后坯体的局部截面结构示意图。
附图标记：100-制动盘；110-摩擦面；120-散热孔；10-坯体；20-端面；21-第一端面；22-第二端面；30-热解碳膜；40-沟槽；50-碳化硅。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本申请可用以实施的特定实施例。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。本申请中所提到的方向用语，例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考附加图式的方向，因此，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本申请，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，本申请中使用的术语“包括”、“可以包括”、“包含”、或“可以包含”表示公开的相应功能、操作、元件等的存在，并不限制其他的一个或多个更多功能、操作、元件等。此外，术语“包括”或“包含”表示存在说明书中公开的相应特征、数目、步骤、操作、元素、部件或其组合，而并不排除存在或添加一个或多个其他特征、数目、步骤、操作、元素、部件或其组合，意图在于覆盖不排他的包含。
可以理解的，本申请的制动盘可以应用于例如车辆等交通工具中。本申请制动盘可以为汽车刹车系统中的一个重要部件。制动盘固定在车轮上，并随车轮转动。其工作原理是利用刹车系统中的刹车片与制动盘的摩擦面相互抵持，以将旋转的车轮减速或停止，从而实现制动的目的。需要说明的，本申请交通工具所涉及的车辆可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。在另一些实施例中，交通工具还可以是飞机、高速列车等，本申请对此不作特别限定。
请配合参阅图1和图2，其中图1为本申请实施例提供的一种制动盘100的结构示意图，图2为本申请实施例提供的一种坯体10的结构示意图。
如图1所示，本申请提供的制动盘100呈圆盘状，由图2所示的坯体10加工制备所得。制动盘100沿自身厚度方向相对两侧的表面设置为摩擦面110。通过检测可知本申请制动盘100整体的石墨化度介于5％～25％之间，整体的厚度介于30mm～40mm之间。可以理解的，由于本申请制动盘100整体的石墨化度介于5％～25％之间，也即在制备过程设置碳原子由无定形乱层结构向三维有序的石墨晶体结构的转化相对较少，该过程对生产设备和生产条件的要求相对较低，进而降低了生产成本。
在一种实施例中，制动盘100的石墨化度介于10％～25％之间。可以理解的，将石墨化度设置在10％～25％之间，在降低生产成本的同时又可以保证制动盘100具有一定的耐磨性和可靠性。
在一种实施例中，通过检测可知制动盘100组成成分具有碳化硅、硅和碳，且其中碳化硅质量含量介于50％-65％之间，硅的质量含量介于5％-10％之间，碳的质量含量介于25％-45％之间。
可以理解的，基于碳化硅具有优良的耐磨性，碳具有较高的强度，以碳作为骨架，设置碳化硅在制动盘100中的质量含量介于50％-65％之间，硅的质量含量介于5％-10％，碳的质量含量介于25％-45％之间，以保证制动盘100的力学性能和耐磨性能。
在一种实施例中，摩擦面110上的碳化硅质量含量高于制动盘100内部的碳化硅质量含量。可以理解的，基于制动盘100的石墨化度小于25％，设置摩擦面110的碳化硅质量含量高于制动盘100内部的碳化硅质量含量，可以保证制动盘100的摩擦面110的耐磨性。
在一种实施例中，制动盘100的摩擦面110的碳化硅质量含量范围介于70％～90％之间；制动盘100内部的碳化硅质量含量范围介于50％～65％之间。可以理解的，基于碳化硅具有优良的耐磨性和高强度特性，本申请制动盘100摩擦面110的碳化硅质量含量范围介于70％～90％之间，可以保证摩擦面110的耐磨性，保证制动盘100的使用寿命。设置制动盘100内部的碳化硅质量含量范围介于50％～65％之间，以保证制动盘100力学性能。
需要说明的，在图1的示意中，制动盘100还包括散热孔120，散热孔120用于使制动盘100与刹车片摩擦产生的热量散出，避免影响制动盘100的制动效果和使用寿命。可以理解的，本申请制动盘100不限于应用于汽车的刹车系统中，例如，还可以被应用于高速列车、飞机等交通工具的刹车系统中，本申请对此不作特别限定。
需要提前说明的是，本申请第一坯体、第二坯体以及第三坯体均为同一坯体在制备本申请制动盘100过程中的不同形态或不同状态，为了便于介绍，本申请下文均使用坯体10展开介绍。
如图2所示，本申请提供一种坯体10用于制备上述制动盘100。坯体10包括两个端面20。两个端面20分别为第一端面21和第二端面22，并位于坯体10的相对两侧。且第一端面21和第二端面22可作为制动盘100的摩擦面110，用于实现制动盘100的制动功能。
请参阅图3所示的本申请一种实施例提供的制动盘100的制备方法的流程步骤示意图。
如图3所示，本申请制动盘100的制备方法具体包括如下步骤：
S100、对含有碳组分的第一坯体进行低温碳化处理，得到第二坯体；
具体的，将如图4所示的坯体10裸体放入炭化炉，并调设一定的温度和压力，以使得坯体10中的部分非碳组分析出，形成具有较高含碳量的第二坯体，也即该过程提高了坯体10的含碳量，以保证后续化学气相沉积形成的热解碳膜30与坯体10之间的附着力。同时，由于坯体10自身是多孔隙结构，基于非碳组分的析出，还可以增大坯体10的孔隙率。
S200、采用化学气相沉积在第二坯体的外表面形成热解碳膜30，得到第三坯体；
具体的，将步骤S100中得到的坯体10装载于化学气相沉积设备中沉积，通入天然气作为沉积气体，以在坯体10的外表面形成热解碳膜30(如图5所示)。可以理解的，由于热解碳膜30覆盖于坯体10外表面，进而可以保护坯体10内的碳组分，避免其被氧化。
需要说明的，基于坯体10自身是多孔隙的结构，沉积气体也可以在坯体10的部分孔隙内壁形成热解碳膜30，同样也可以达到保护坯体10内的碳组分，避免其被氧化的作用。同时，由于在坯体10孔隙内壁形成了热解碳膜30，进而实现对坯体10的致密化，从而可以改善制动盘100的力学性能。
在一种实施例中，对于步骤S200“采用化学气相沉积在第二坯体的外表面形成热解碳膜30，得到第三坯体”之后，还可以包括如下步骤：
S210、在第三坯体至少部分表面蚀刻出沟槽40；
具体的，采用激光刻蚀工艺分别蚀刻坯体10沿自身厚度方向的相背的两个端面20，以在两个端面20上分别形成沟槽40(如图6所示)。也即将覆盖于坯体10表面的部分热解碳膜30蚀刻，以为后续液相渗硅工艺中的硅组分与坯体10中的碳组分提供充分的反应空间，以使坯体10两个端面20的碳化硅50质量含量增大。
可以理解的，在图6所示的实施例中，不仅蚀刻覆盖于坯体10表面的热解碳膜30，还部分蚀刻了坯体10的本体。此时，沟槽40的侧壁由热解碳膜30和部分坯体10的本体构成。而在其他的一些实施例中，可以仅刻蚀热解碳膜30，此时，沟槽40的侧壁仅由热解碳膜30构成，本申请对此不作特别限定。
同时，基于激光刻蚀具有无接触性、高效性、对材料影响小等优点，采用激光刻蚀可获得良好的尺寸精度和加工质量，并可有效提高加工效率、质量和成本控制。
S300、进行液相渗硅处理；
进一步的，对坯体10液相渗硅以使渗入的硅组分与热解碳膜30中的碳组分、以及与沟槽40的侧壁和底壁中的碳组分反应并生成碳化硅50，用于提升两个端面20的耐磨性。
具体的，对蚀刻沟槽40后的坯体10进行渗硅处理，以硅为反应熔体，在一定温度和保温时间下，渗入的硅组分与坯体10表面的热解碳膜30的碳组分、以及坯体10内的碳组分反应并生成碳化硅50(如图7所示)。也即，渗入的硅组分与与热解碳膜30中的碳组分、以及与沟槽40的侧壁和底壁中的碳组分反应并生成碳化硅50，以使得沟槽40内填充质量含量至少为90％的碳化硅50。
可以理解的，基于碳化硅50具有优良的耐磨性，增大端面20的碳化硅50质量含量可以提升端面20的耐磨性，进而弥补未经高温处理导致端面20石墨化度低对磨擦性能的影响。同时，硅组分通过沟槽40少量进入坯体10内部反应形成碳化硅50，以形成类似“工”字形的物理钉扎结构，进而可以提高碳化硅50与坯体10界面间的结合强度，从而提高坯体10的可靠性。本申请既保证了坯体10端面20具有可靠的耐磨性，同时还由于无需高温处理，从而可以降低制备过程中对生产设备和生产条件的要求，并降低了生产成本。
需要说明的，在另一种实施例中，无需在第三坯体表面刻蚀沟槽40，也即可以直接对第二坯体进行液相渗硅处理。以硅为反应熔体，在一定温度和保温时间下，渗入的硅组分与坯体10表面的热解碳膜30的碳组分以及坯体10内的碳组分反应并生成碳化硅50，同样也能使端面20的碳化硅50的质量含量至少为70％，从而也可以提升端面20的耐磨性。
S400、加工得到制动盘100。
具体的，在液相渗硅后可以采用表面加工处理坯体10。可以理解的，在本实施例中，例如可以对坯体10的表面打磨抛光，以使坯体10的表面光滑，可以避免坯体10表面凹凸不平使制动失灵。
在一种实施例中，对于步骤S100“对含有碳组分的第一坯体进行低温碳化处理，得到第二坯体”之前，还包括如下步骤：
S10、采用单元叠层针刺工艺制作第一坯体。
具体的，在本实施例中，选取碳纤维胎网与无纬布，将其按照碳纤维胎网-0°无纬布-碳纤维胎网-90°无纬布-碳纤维胎网依次循环堆叠的方式铺层，然后沿垂直于堆叠层面的方向，利用带有倒钩的针对其针刺编织，使得各层碳纤维胎网与无纬布连成一体，以形成具有一定强度和独特结构的坯体10。
在一种实施例中，对于步骤S10“采用单元的针刺工艺制作第一坯体”之前，还包括如下步骤：
S20、采用上浆剂浸泡碳纤维胎网与无纬布，以使上浆剂包覆于碳纤维胎网与无纬布表面。可以理解的，在本实施例中，通过采用上浆剂碳纤维胎网与无纬布，并使上浆剂包覆于碳纤维胎网和无纬布表面，以保护碳纤维胎网和无纬布，保证碳纤维胎网和无纬布整体的强度。
在一种实施例中，对于步骤S100“对含有碳组分的第一坯体进行低温碳化处理，得到第二坯体；”，还包括如下方式：
S100a、低温碳化处理的温度介于800℃～1000℃之间。
具体的，在本实施例中，将S10中制得的坯体10置于碳化炉中，将低温碳化处理温度设置在800℃～1000℃之间，可以保证坯体10中非碳组分部分析出，进而保证坯体10中碳组分的含量，使得坯体10更加紧密、更加坚硬。同时由于该温度下的耗电量相对较低，可以降低生产成本。
在一种实施例中，对于步骤S210“在第三坯体至少部分表面蚀刻出沟槽40”，还包括如下方式：
S210a、蚀刻坯体10以分别在坯体10沿自身厚度方向的相背的两个端面20上形成沟槽40，且沟槽40的深度介于0.5mm～2mm之间。
可以理解的，在本实施例中，将蚀刻的沟槽40深度范围设置在0.5mm～2mm之间，可以保证坯体10端面20中碳化硅50的厚度。一方面该区间的厚度可以保证坯体10端面20的耐磨性能，保证坯体10的使用寿命。另一方面，基于碳化硅50的热膨胀系数与碳的热膨胀系数不同，该区间的厚度可以避免表层碳化硅50与坯体10界面间产生裂纹。
在一种实施例中，对于步骤S210“在第三坯体至少部分表面蚀刻出沟槽40”，还包括如下方式：
S210b、蚀刻坯体10以分别在坯体10沿自身厚度方向的相背的两个端面20上形成沟槽40，且沟槽40的宽度介于20μm～50μm之间。
可以理解的，在本实施例中，将蚀刻的沟槽40宽度范围设置在20μm～50μm之间，可以避免沟槽40内存在游离硅，进而保证坯体10端面20碳化硅50的含量，以保证端面20的耐磨性。
在一种实施例中，对于步骤S210“在第三坯体至少部分表面蚀刻出沟槽40”，还包括如下方式：
S210c、蚀刻坯体10以分别在坯体10沿自身厚度方向的相背的两个端面20上形成螺旋形状的沟槽40。
可以理解的，在本实施例中，将沟槽40的形状设置为螺旋状，一方面可以保证制动盘100在工作时，与刹车片摩擦产生的磨屑不容易从端面20溢出影响磨损率。另一方面，螺旋状的沟槽40可以有效缓解坯体10内部的热应力集中，提高坯体10抗裂纹扩展的能力。
在一种实施例中，对于步骤S210c“蚀刻坯体10以分别在坯体10沿自身厚度方向的相背的两个端面20上形成螺旋形状的沟槽40”，还包括如下方式：
S211、沿坯体10的径向相邻两圈沟槽40之间的距离介于0.1mm～5mm之间。
可以理解的，在本实施例中，将相邻两圈沟槽40之间的距离范围设置在0.1mm～5mm之间，可以保证坯体10端面20的碳化硅50含量，同时保证碳化硅50与坯体10界面之间的结合强度。
在一种实施例中，对于步骤S210“在第三坯体至少部分表面蚀刻出沟槽40”之后，还包括如下步骤：
S220、采用高温热处理第三坯体。
具体的，在本实施例中，采用高温热处理坯体10，以使端面20的碳原子实现由无定形乱层结构向三维有序的石墨晶体结构转化。基于石墨晶体具有优良的化学稳定性和耐腐蚀性，高温热处理可以提高坯体10端面20的抗氧化性和耐磨性。同时高温热处理可以进一步析出坯体10内的非碳组分，以进一步增大坯体10的孔隙率，以利于提升后续液相渗硅对坯体10的致密化程度。
需要提出的是，在本实施例中，虽然采用了高温热处理的工艺，但是由于高温热处理的步骤数量少，相较于现有技术，本申请方法也起到了一定的有益效果。
在一种实施例中，对于步骤S220“采用高温热处理第三坯体”，还包括如下方式：
S220a、高温热处理的温度介于2000℃～2200℃之间。
可以理解的，在本实施例中，将高温热处理的温度范围设置在2000℃～2200℃之间，以保证坯体10的石墨化程度和孔隙率。
需要说明的。经过上述的制备方法，可以得到石墨化度介于10％～20％之间、碳化硅50的质量含量介于50％-65％、硅的质量含量介于5％-10％、碳的质量含量介于25％-45％之间，同时端面20的碳化硅50质量含量介于70％～90％之间、制动盘100的内部的碳化硅50质量含量介于50％～65％之间的结构。进一步的，还可以得到具有至少以下特征之一的制动盘100：制动盘100整体厚度介于30～40mm之间，端面20有沟槽40，且沟槽40的深度介于0.5mm～2mm之间，沟槽40填充有质量含量至少为90％碳化硅50和少量的硅，碳化硅50和少量的硅填满沟槽40，以使沟槽40的表面与制动盘100的端面20位于同一平面；沟槽40的宽度介于20μm～50μm之间；沟槽40呈螺旋状；且沿制动盘100的径向相邻两圈沟槽40之间的距离介于0.1mm～5mm之间。
下面结合本申请方法可能采取的几种实施例以及现有技术中两种典型实施例(对比例1)，对比阐述本申请方法可能取得的有益效果：
实施例1提供一种制动盘100的制备方法，该方法具体包括如下步骤：
(1)采用单元叠层针刺工艺制作坯体10：选取碳纤维胎网与无纬布，将其按照碳纤维胎网-0°无纬布-碳纤维胎网-90°无纬布-碳纤维胎网依次循环堆叠的方式铺层，然后沿垂直于堆叠层面的方向，利用带有倒钩的针对其针刺编织，使得各层碳纤维胎网与无纬布连成一体，以形成具有一定强度和独特结构的坯体10。
(2)采用低温碳化处理析出坯体10内的杂质：将步骤(1)得到的坯体10低温碳化处理，处理温度设置为1000℃，保温时间设置为2小时。
(3)采用化学气相沉积在坯体10的外表面形成热解碳膜30：将经步骤(2)处理后的坯体10进行化学气相沉积热解碳。
(4)蚀刻坯体10以分别在坯体10的两个端面20上形成沟槽40：在步骤(3)处理后的坯体10的两个端面20分别蚀刻沟槽40，沟槽40的深度设置为2mm，宽度设置为50μm。
(5)对坯体10液相渗硅以使渗入的硅组分与热解碳膜30中的碳组分、以及与沟槽40的侧壁和底壁中的碳组分反应并生成碳化硅50：将经步骤(4)处理后的坯体10渗硅处理，反应熔体为硅，与坯体10中的部分碳组分反应并生成碳化硅50，以使获得的坯体10石墨化度为12％、坯体10内部碳化硅50质量含量为50％、坯体10两个端面20的碳化硅50质量含量为70％。
实施例2提供一种制动盘100的制备方法，该方法具体包括如下步骤：
(1)采用单元叠层针刺工艺制作坯体10：选取碳纤维胎网与无纬布，将其按照碳纤维胎网-0°无纬布-碳纤维胎网-90°无纬布-碳纤维胎网依次循环堆叠的方式铺层，然后沿垂直于堆叠层面的方向，利用带有倒钩的针对其针刺编织，使得各层碳纤维胎网与无纬布连成一体，以形成具有一定强度和独特结构的坯体10。
(2)采用低温碳化处理析出坯体10内的杂质：将步骤(1)得到的坯体10低温碳化处理，处理温度设置为1000℃，保温时间设置为2h。
(3)采用化学气相沉积在坯体10的外表面形成热解碳膜30：将经步骤(2)处理后的坯体10进行化学气相沉积热解碳。
(4)蚀刻坯体10以分别在坯体10的两个端面20上形成沟槽40：在步骤(3)处理后的坯体10的两个端面20分别蚀刻沟槽40，沟槽40的深度设置为2mm，宽度设置为50μm。
(5)采用高温热处理坯体10以进一步增大坯体10的孔隙率：将步骤(4)得到的坯体10高温热处理，处理温度设置为2200℃，保温时间设置为1h。
(6)对坯体10液相渗硅以使渗入的硅组分与热解碳膜30中的碳组分、以及与沟槽40的侧壁和底壁中的碳组分反应并生成碳化硅50：将经步骤(5)处理后的坯体10渗硅处理，反应熔体为硅，与坯体10中的部分碳组分反应并生成碳化硅50，以使获得的坯体10石墨化度为18％、坯体10内部碳化硅50质量含量为60％、坯体10两个端面20的碳化硅50质量含量为80％。
实施例3提供一种制动盘100的制备方法，该方法具体包括如下步骤：
(1)采用单元叠层针刺工艺制作坯体10：选取碳纤维胎网与无纬布，将其按照碳纤维胎网-0°无纬布-碳纤维胎网-90°无纬布-碳纤维胎网依次循环堆叠的方式铺层，然后沿垂直于堆叠层面的方向，利用带有倒钩的针对其针刺编织，使得各层碳纤维胎网与无纬布连成一体，以形成具有一定强度和独特结构的坯体10。
(2)采用低温碳化处理析出坯体10内的杂质：将步骤(1)得到的坯体10低温碳化处理，处理温度设置为900℃，保温时间设置为2h。
(3)采用化学气相沉积在坯体10的外表面形成热解碳膜30：将经步骤(2)处理后的坯体10进行化学气相沉积热解碳。
(4)蚀刻坯体10以分别在坯体10的两个端面20上形成沟槽40：在步骤(3)处理后的坯体10的两个端面20分别蚀刻沟槽40，沟槽40的深度设置为2mm，宽度设置为50μm。
(5)采用高温热处理坯体10以进一步增大坯体10的孔隙率：将步骤(4)得到的坯体10高温热处理，处理温度设置为2200℃，保温时间设置为1h。
(6)对坯体10液相渗硅以使渗入的硅组分与热解碳膜30中的碳组分、以及与沟槽40的侧壁和底壁中的碳组分反应并生成碳化硅50：将经步骤(5)处理后的坯体10渗硅处理，反应熔体为硅，与坯体10中的部分碳组分反应并生成碳化硅50，以使获得的坯体10石墨化度为16％、坯体10内部碳化硅50质量含量为55％、坯体10两个端面20的碳化硅50质量含量为75％。
实施例4提供一种制动盘的制备方法，该方法具体包括如下步骤：
(1)采用单元叠层针刺工艺制作坯体：选取碳纤维胎网与无纬布，将其按照碳纤维胎网-0°无纬布-碳纤维胎网-90°无纬布-碳纤维胎网依次循环堆叠的方式铺层，然后沿垂直于堆叠层面的方向，利用带有倒钩的针对其针刺编织，使得各层碳纤维胎网与无纬布连成一体，以形成具有一定强度和独特结构的坯体。
(2)采用低温碳化处理析出坯体内的杂质：将步骤(1)得到的坯体低温碳化处理，处理温度设置为1000℃，保温时间设置为2h。
(3)采用化学气相沉积在坯体的外表面形成热解碳膜：将经步骤(2)处理后的坯体进行化学气相沉积热解碳。
(4)将步骤(3)得到的坯体高温热处理，处理温度设置为2200℃，保温时间设置为1h。
(5)将经步骤(4)处理后的坯体渗硅处理，反应熔体为硅，与坯体中的部分碳组分反应并生成碳化硅，以使获得的坯体石墨化度为12％、坯体内部碳化硅质量含量为50％、坯体两个端面的碳化硅质量含量为63％。
实施例5：提供一种制动盘的制备方法，该方法具体包括如下步骤：
(1)采用单元叠层针刺工艺制作坯体：选取碳纤维胎网与无纬布，将其按照碳纤维胎网-0°无纬布-碳纤维胎网-90°无纬布-碳纤维胎网依次循环堆叠的方式铺层，然后沿垂直于堆叠层面的方向，利用带有倒钩的针对其针刺编织，使得各层碳纤维胎网与无纬布连成一体，以形成具有一定强度和独特结构的坯体。
(2)采用低温碳化处理析出坯体内的杂质：将步骤(1)得到的坯体低温碳化处理，处理温度设置为750℃，保温时间设置为2h。
(3)采用化学气相沉积在坯体的外表面形成热解碳膜：将经步骤(2)处理后的坯体进行化学气相沉积热解碳。
(4)将经步骤(3)处理后的坯体渗硅处理，反应熔体为硅，与坯体中的部分碳组分反应并生成碳化硅，以使获得的坯体石墨化度为10％、坯体内部碳化硅质量含量为50％、坯体两个端面的碳化硅质量含量为60％。
对比例1提供一种传统制动盘的制备方法，该方法具体包括如下步骤：
(1)采用单元叠层针刺工艺制作坯体。
(2)高温处理：对经步骤(1)获得的坯体高温处理，处理温度设置为2200℃，保温时间设置为2h。
(3)化学气相沉积：在坯体表面沉积热解碳膜。
(4)二次高温处理：对经步骤(3)处理后的坯体再次高温处理，处理温度设置为2200℃，保温时间设置为3h。
(5)液相渗硅：将经步骤(4)处理后的坯体渗硅处理，反应熔体为硅，与坯体中的部分碳组分反应并生成碳化硅，以使获得的坯体石墨化度为40％、坯体内部碳化硅质量含量为66％、坯体两个端面的碳化硅质量含量为68％。
分别对上述几种实施例和对比例1制备的制动盘的渗硅前的孔隙率、渗硅后的石墨化度、渗硅后的密度、渗硅后的孔隙率、坯体内部碳化硅质量含量、坯体端面碳化硅质量含量和磨损量进行测试统计，结果见下表1。
表1：
由表1中的实施例1-4和对比例1的实验结果可以看出，本申请提供的制动盘均具有较低的石墨化度，其生产成本均低于现有技术中的制动盘的生产成本，同时还能保证制动盘具有一定的耐磨性能。
由表1中的实施例1-3与实施例4可以看出，通过进一步控制制动盘的端面的碳化硅质量含量高于所述制动盘的内部的碳化硅质量含量，可以进一步增加制动盘的耐磨性能。
由表1中的实施例4与实施例1的实验结果可以看出，当石墨化度一样，也即生产成本一样时，通过在制动盘的端面设置沟槽，可以增加制动盘的耐磨性能，提高制动盘的可靠性。
由表1中的实施例4与实施例5以及对比例1的实验结果可以看出，通过适当降低低温碳化处理的温度，可以在保证制动盘具有一定的耐磨性能的情况下，降低制动盘的生产成本。
综上可知，与现有技术中的制动盘相比，本申请因为在制作过程中采用低温碳化处理并配合对坯体表面刻蚀沟槽的方案，从而使得制备的制动盘既具备了优良的力学性能，又拥有良好的耐磨性能，同时其生产成本还相对较低。
需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式中以合适的方式结合。
应当理解的是，本申请的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。本领域的一般技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于本申请所涵盖的范围。

Claims (20)

1.一种制动盘，其特征在于，所述制动盘为碳陶制动盘且呈圆盘状，所述制动盘整体的石墨化度介于5％～25％之间。
2.根据权利要求1所述的制动盘，其特征在于，所述制动盘的石墨化度介于10％～20％之间。
3.根据权利要求1所述的制动盘，其特征在于，所述制动盘包括质量含量为50％-65％的碳化硅，质量含量为5％-10％的硅，质量含量为25％-45％的碳。
4.根据权利要求1或2所述的制动盘，其特征在于，所述制动盘沿自身厚度方向包括相背的两个端面，所述制动盘的端面的碳化硅质量含量高于所述制动盘的内部的碳化硅质量含量。
5.根据权利要求4所述的制动盘，其特征在于，所述制动盘的端面的碳化硅质量含量介于70％～90％之间；所述制动盘的内部的碳化硅质量含量介于50％～65％之间。
6.根据权利要求1所述的制动盘，其特征在于，所述制动盘的端面设置有沟槽，所述沟槽的深度介于0.5mm～2mm之间，所述沟槽填充有质量含量至少为90％碳化硅。
7.根据权利要求6所述的制动盘，其特征在于，所述沟槽的宽度介于20μm～50μm之间。
8.根据权利要求6所述的制动盘，其特征在于，所述沟槽呈螺旋状。
9.根据权利要求8所述的制动盘，其特征在于，沿所述制动盘的径向相邻两圈所述沟槽之间的距离介于0.1mm～5mm之间。
10.一种制动盘的制备方法，用于制备权利要求1-9任一项所述的制动盘，其特征在于，包括以下步骤：
对含有碳组分的第一坯体进行低温碳化处理，得到第二坯体；
采用化学气相沉积在所述第二坯体的表面形成热解碳膜，得到第三坯体；
进行液相渗硅处理；
加工得到所述制动盘。
11.根据权利要求10所述的制动盘的制备方法，其特征在于，在所述第三坯体至少部分表面蚀刻出沟槽。
12.根据权利要求10所述的制动盘的制备方法，其特征在于，所述低温碳化处理的温度介于800℃～1000℃之间。
13.根据权利要求11所述的制动盘的制备方法，其特征在于，所述沟槽的深度介于0.5mm～2mm之间。
14.根据权利要求11所述的制动盘的制备方法，其特征在于，所述沟槽的宽度介于20μm～50μm之间。
15.根据权利要求11所述的制动盘的制备方法，其特征在于，所述沟槽呈螺旋状。
16.根据权利要求15所述的制动盘的制备方法，其特征在于，沿所述第三坯体的径向相邻两圈所述沟槽之间的距离介于0.1mm～5mm之间。
17.根据权利要求10-16任一项所述的制动盘的制备方法，其特征在于，所述对含有碳组分的第一坯体进行低温碳化处理，得到第二坯体之前，还包括：
采用单元叠层针刺工艺制作所述第一坯体。
18.根据权利要求11-16任一项所述的制动盘的制备方法，其特征在于，所述在所述第三坯体至少部分表面蚀刻出沟槽之后，还包括：
采用高温热处理所述第三坯体。
19.根据权利要求18所述的制动盘的制备方法，其特征在于，所述高温热处理的温度介于2000℃～2200℃之间。
20.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的制动盘。
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