本发明涉及刹车盘，特别地，涉及一种铝碳化硅刹车盘及其制备方法。
背景技术：
1、目前常用的刹车盘中铸铁刹车盘材料技术成熟、价格便宜，但是其存在高温热衰退现象严重，且质量大、导热差，易出现热龟裂等问题，不能很好的满足日益发展下汽车行业的需求，尤其是新能源汽车轻量化目标的要求。
2、碳碳复合材料采用碳纤维增强基体碳，在湿态/低温环境下摩擦系数衰减严重。碳碳复合材料生产工艺的复杂性使得人工以及设备折旧等制造费用占比大，生产设备技术壁垒较高，致密化周期长，电力损耗较大。由于受限于成本，碳碳复合材料暂时无法广泛投入汽车行业的使用。
3、碳陶复合材料采用碳纤维增强碳化硅，将碳纤维高机械强度与陶瓷材料的耐磨、抗氧化特性相结合，具备耐高温，低密度，摩擦系数高，热衰退现象轻，性能稳定，安全性高，寿命长等特性，能有效缩短制动距离，同时克服湿态/低温环境下摩擦系数低的问题。但与碳碳复合材料一样，碳陶复合材料的致密化周期长、能耗高，且原材料聚碳硅烷等先驱体价格昂贵，导致材料成本居高不下，严重制约了其在汽车行业中的应用。
4、由此可见，目前需要一种成本能接受的新型刹车盘，用于弥补现有铸铁刹车盘的质量大、高温热衰退现象严重，以及易出现热龟裂的缺陷。
技术实现思路
1、本发明提供了一种铝碳化硅刹车盘及其制备方法，以解决现有铸铁刹车盘的质量大、高温热衰退现象严重，以及易出现热龟裂的技术问题。
2、根据本发明的一个方面，提供一种铝碳化硅刹车盘，包括盘体，以及与盘体同轴连接的合头，所述盘体为总厚度在28～32mm之间的多层结构，包括上表层、中间层与下表层；其中，上表层与下表层均为sic体积分数占70～75％的铝碳化硅材料，厚度分别为2～4mm；中间层及合头均为sic体积分数占45～58％的铝碳化硅材料。
3、进一步地，所述铝碳化硅刹车盘中的铝元素以连续分布的铝合金的形式存在。
4、进一步地，所述铝碳化硅刹车盘在480℃下摩擦系数≥0.28；铝碳化硅刹车盘的冲击韧性≥26kj/m2。
5、根据本发明的另一方面，还提供了一种上述铝碳化硅刹车盘的制备方法，包括如下步骤：
6、将sic粉与粘结剂组成的混合料进行烘干、压制和固化，得到孔隙率为25～30％的sic预制体；
7、将sic粉填满合头模具，填满后sic孔隙率为42～55％；将一块与盘体模具底层形状及尺寸匹配的sic预制体放入其中；将sic粉填满盘体模具中间层，填满后sic孔隙率为42～55％；将另一块与盘体模具上层形状及尺寸匹配的sic预制体放入其中；
8、浸渗铝合金，拆模后得到铝碳化硅刹车盘，所述铝碳化硅刹车盘中铝合金为连续分布相。
9、进一步地，sic粉与粘结剂组成的混合料由粒径分别为100μm、50μm、28μm及5μm的sic粉组成的混合粉体与粘结剂混合制成。
10、进一步地，所述固化包括：将压制后所得素坯在500～650℃下保温45～75min。
11、进一步地，将sic粉填满合头模具或盘体模具中间层包括：通过边添加边震动的方式将粒径为40～55μm的sic粉填满合头模具或盘体模具中间层，其中，震动频率为50-60hz，振幅为2-4mm。
12、进一步地，浸渗铝合金包括：在惰性气体氛围下加压浸渗铝合金。
13、进一步地，加压浸渗过程中加入的铝合金为熔融铝合金，浸渗压力为4-6mpa，保压时间为30-60min。
14、进一步地，加压浸渗前还包括将所述合头模具与盘体模具中的sic预热至580～650℃。
15、本发明具有以下有益效果：
16、根据铝和碳化硅的理论密度及它们的比例核算，本发明提供的铝碳化硅刹车盘的平均密度为2.9g/mm3左右，仅为铸铁刹车盘用铸铁密度(7.35g/mm3)的40％，更符合新能源汽车轻量化目标的要求。
17、本发明提供的铝碳化硅刹车盘多层铝碳化硅刹车盘热导率达到190w/m·k；远远大于铸铁刹车盘热导率50w/m·k，利于刹车盘在刹车过程中的散热，减小了刹车过程中摩擦性能的高温衰退与热龟裂。
18、本发明提供的铝碳化硅刹车盘盘体的上表层与下表层是sic体积分数为70-75％的铝碳化硅材料，碳化硅体积分数的提高大大提高了材料的高温摩擦性能，使得刹车盘在480℃下摩擦系数≥0.28(而sic体积分数为42-58％的铝碳化硅材料，在480℃下摩擦系数仅为0.2)。本发明提供的铝碳化硅刹车盘盘体中间层和合头部分是sic体积分数为42-58％的铝碳化硅材料，较低的碳化硅体积分数使得铝碳化硅刹车盘具有较好的，冲击韧性≥26kj/m2(而sic体积分数为70-75％的铝碳化硅材料冲击韧性为13kj/m2)。故本发明提供的多层结构的铝碳化硅刹车盘比传统刹车盘具有更优异的高温摩擦性能，以及更优异的冲击韧性，使得刹车盘可靠性更高。
19、本发明提供的铝碳化硅刹车盘的制备方法成本可控，具体来说，铝碳化硅刹车盘的原材料(碳化硅粉和铝合金)价格便宜，生产工艺简单，生产效率高，在汽车行业具有良好应用前景。
20、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
1.一种铝碳化硅刹车盘，其特征在于，包括盘体(2)，以及与盘体(2)同轴连接的合头(1)，所述盘体(2)为总厚度在28～32mm之间的多层结构，包括上表层(21)、中间层(22)与下表层(23)；其中，上表层(21)与下表层(23)均为sic体积分数占70～75％的铝碳化硅材料，厚度分别为2～4mm；中间层(22)及合头(1)均为sic体积分数占45～58％的铝碳化硅材料。
2.根据权利要求1所述的铝碳化硅刹车盘，其特征在于，所述铝碳化硅刹车盘中的铝元素以连续分布的铝合金的形式存在。
3.根据权利要求1所述的铝碳化硅刹车盘，其特征在于，所述铝碳化硅刹车盘在480℃下摩擦系数≥0.28；铝碳化硅刹车盘的冲击韧性≥26kj/m2。
4.一种铝碳化硅刹车盘的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的铝碳化硅刹车盘的制备方法，其特征在于，sic粉与粘结剂组成的混合料由粒径分别为100μm、50μm、28μm及5μm的sic粉组成的混合粉体与粘结剂混合制成。
6.根据权利要求4所述的铝碳化硅刹车盘的制备方法，其特征在于，所述固化包括：将压制后所得素坯在500～650℃下保温45～75min。
7.根据权利要求4所述的铝碳化硅刹车盘的制备方法，其特征在于，将sic粉填满合头模具或盘体模具中间层包括：通过边添加边震动的方式将粒径为40～55μm的sic粉填满合头模具或盘体模具中间层，其中，震动频率为50-60hz，振幅为2-4mm。
8.根据权利要求4所述的铝碳化硅刹车盘的制备方法，其特征在于，浸渗铝合金包括：在惰性气体氛围下加压浸渗铝合金。
9.根据权利要求8所述的铝碳化硅刹车盘的制备方法，其特征在于，加压浸渗过程中加入的铝合金为熔融铝合金，浸渗压力为4-6mpa，保压时间为30-60min。
10.根据权利要求8所述的铝碳化硅刹车盘的制备方法，其特征在于，加压浸渗前还包括将所述合头模具与盘体模具中的sic预热至580～650℃。
