CN100381536C - 一种湿式铜基摩擦材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种湿式铜基摩擦材料及其制备方法。该材料由三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架、铜合金及其他无机填料组成。其中铜合金相所占的体积百分比为60vol.%～70vol.%，网络状碳化硅陶瓷骨架及无机填料所占的体积百分比为40vol.%～30vol.%。制备方法采用挤压铸造法，即将熔炼的高温液态合金在压力作用下直接挤压进加有无机填料的三维网络状碳化硅陶瓷骨架中。该材料具有力学强度高、热物理性能好、摩擦系数高而稳定等特点，可用于大功率、高速湿式摩擦传动和制动装置中。
Description
技术领域
本发明涉及铜基摩擦材料的改进技术，具体讲是一种湿式铜基摩擦材料及其制备方法。
背景技术
摩擦材料必须具有足够的机械强度和模量、高的耐热性和导热性、高的热容量以及稳定的摩擦系数和低的磨损率。
迄今为止，重载离合器和制动器的湿式摩擦材料多由粉末冶金法制备，其力学强度低，热物理性能不够理想，很难适应大功率、高速摩擦传动和制动装置小型化的要求。为此，迫切需要开发一种新的摩擦材料及其制备方法，以满足大功率、高速离合器和制动器发展的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种力学强度高、热物理性能好的湿式铜基摩擦材料及其制备方法。
本发明的技术方案是：
一种湿式铜基摩擦材料，它主要由三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架、铜合金及其他无机填料组成，其中铜合金所占的体积百分比为60vol.％～70vol.％，网络状碳化硅陶瓷骨架及无机填料所占的体积百分比为40vol.％～30vol.％。
所述铜合金主要为含锡元素的青铜合金，按重量百分含量，其组成为Cu≥85％、Sn6％～10％。
所述网络状碳化硅陶瓷骨架含量为10vol.％～25vol.％，无机填料含量为30vol.％～15vol.％。
所述无机填料为铁(和/或Ni、Cr)、石墨、CaCO3(和/或SiO2、Al2O3)的一种或多种按任意比例组成的混合物。
铜合金与网络状碳化硅陶瓷骨架形成多相连续分布的特征，这种连续分布包括三种情况：
(1)铜合金相和网络状碳化硅陶瓷骨架各为独立的连续相，铜合金相不进入陶瓷骨架中；
(2)铜合金相和网络状碳化硅陶瓷骨架部分渗透，铜合金相部分进入陶瓷骨架中形成界面过渡区；
(3)铜合金相和网络状碳化硅陶瓷骨架相互渗透，即铜合金相完全贯穿网络陶瓷骨架形成连续分布。
所述三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架按筋的致密程度包括以下几种类型：
(1)筋为致密的，其致密度为95％～99％；
(2)筋为疏松多孔的，其致密度为70％～90％；
(3)筋的内层或内部为疏松多孔的，其致密度为70％～90％；筋的外层或外部为致密的，其致密度为95％～99％；
(4)筋的内层或内部为致密的，其致密度为70％～90％；筋的外层或外部为疏松多孔的其致密度为95％～99％；
(5)筋为疏松与致密相间的多层陶瓷复合体。
所述的湿式铜基摩擦材料的制备方法，摩擦材料的制备采用挤压铸造法，具体操作为：
(1)制备三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架；
(2)向网络状碳化硅陶瓷骨架的网孔内添加其他组元，具体如下：
将粒度10～120μm的无机填料：铁和/或Ni、Cr，石墨，CaCO3和/或SiO2、Al2O3的一种或多种组成的混合物，混匀；然后加入树脂或硅溶胶，其中，树脂含量占无机填料的20wt.％～30wt.％，硅溶胶含量占无机填料的20wt.％～30wt.％，再次混匀，制粒后过180～100μm筛，筛下物于100℃烘干固化，然后将其吸入网络状碳化硅陶瓷骨架网孔内，并经100℃干燥、固化后在惰性气氛条件下烧结，烧结温度为600～800℃，使陶瓷骨架网孔内的添加物形成多孔体；
(3)熔炼符合要求的铜合金；
(4)用挤压铸造设备将1150～1200℃的高温液态铜合金挤压进上述方法制得的经过预热的网孔内含有添加物的三维网络状碳化硅陶瓷骨架中，压力80～140MPa，陶瓷骨架的预热温度为300～400℃，保压15～25s，出模后空冷至室温；
(5)铸件经过机加工，得到符合要求的湿式铜基摩擦材料。
陶瓷骨架网孔中所加入的填料可以用树脂加固化剂固化，具体如下：陶瓷骨架网孔中所加入的填料混匀后用树脂、固化剂固化，并制成具有粒度为180～100μm的混合物颗粒，然后用无水乙醇吸滤到陶瓷骨架的网孔中，并用树脂、固化剂固化；所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、酚醛/酚糠醛树脂之一种或几种按任意比例混合，加入量占填料重量的20wt.％～30wt.％，用无水乙醇稀释，使树脂重量浓度为70％～90％；所述固化剂为对甲苯磺酸、五洛脱品、草酸或柠檬酸之一种或几种按任意比例混合，加入量占树脂的6wt.％～8wt.％。
陶瓷骨架网孔中所加入的填料也可以用硅溶胶固化，具体如下：陶瓷骨架网孔中所加入的填料混匀后用硅溶胶固化，并制成具有粒度为180～100μm的混合物颗粒，然后用去离子水或蒸馏水吸滤到陶瓷骨架的网孔中，并用硅溶胶固化；所述硅溶胶加入量占填料重量的20wt.％～30wt.％，用去离子水或蒸馏水稀释，使硅溶胶重量浓度为40％～60％。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过挤压铸造方法，将液态铜合金在压力作用下直接挤压进加有其他无机填料的三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架中形成摩擦材料，该材料具有力学强度高、热物理性能好的特点，具有高而稳定的湿摩擦系数、高的模量和强度、高的热容量和导热率，以及良好的加工性能，有望在大功率、高速摩擦传动和制动装置中发挥重要作用。
2、本发明经过不断的研究和探索，拥有制备高强度三维连通网络陶瓷骨架的先进方法。
附图说明
图1为本发明铜合金相和网络状碳化硅陶瓷骨架各为独立的连续相，铜合金相不进入陶瓷骨架中，图中黑色为碳化硅陶瓷网络骨架，灰白色为基体铜合金。
图2为本发明铜合金相和网络状陶瓷骨架部分渗透，铜合金相部分进入陶瓷骨架中形成界面过渡区，图中黑色为陶瓷碳化硅网络骨架，灰白色为基体铜合金。
图3为本发明铜合金相和网络陶瓷骨架相互渗透，即铜合金相完全贯穿网络陶瓷骨架形成连续分布，图中黑色为碳化硅陶瓷网络骨架，灰白色为基体铜合金。
具体实施方式
本发明中三维连通网络状致密的碳化硅陶瓷骨架的制备过程可以采用中国发明专利(发明名称：一种高强度致密的泡沫碳化硅陶瓷材料及其制备方法，申请号：03134039.3，申请日：030922)，基本步骤如下：(详见该专利申请的说明书)
以碳化硅粉、高产碳率树脂为基本原料，以泡沫塑料为模板，制备过程如下：
1)料浆配制
将碳化硅粉、高产碳率树脂、固化剂和乙醇按比例混合，碳化硅粉、高产碳率树脂与固化剂之间重量百分比例为80wt.％～30wt.％∶19wt.％～50wt.％∶1wt.％～20wt.％，经机械搅拌后球磨时间0.5～2h，经35～140目筛网过滤，得料浆，所述料浆中固形物的重量为料浆总量的30～80％；
2)浸挂
将泡沫剪裁成所需形状和尺寸，均匀地浸入料浆中，拿出后挤去多余料浆，采用气吹和离心的方式除去多余料浆，加热半固化，加热温度50～80℃，固化时间5～60min，得到泡沫碳化硅陶瓷前驱体；
3)热压致密化
将碳化硅泡沫陶瓷前驱体放入高压容器内，充入氮气或惰性气体进行高温、高压固化，压力为1～35MPa、温度在50～300℃，升温速度1～5℃，保温5min～3h，得到致密的泡沫碳化硅泡沫陶瓷前驱体；
4)热解
将致密的碳化硅泡沫陶瓷前驱体在氮气或惰性气氛的保护下热解，升温速率1～5℃/min，升温至600～1300℃，保温0.5～2h，获得泡沫陶瓷碳骨架；
5)填充碳骨架中心孔
将碳骨架表面的中心孔磨开后，利用高压压注的方法将填充料浆压入中心孔内，压力为1～35MPa、保压10min～2h，经过热解得到致密的泡沫碳化硅碳骨架，热解在氮气或惰性气氛或真空条件下进行，升温速率为1～10℃/min，温度600～1300℃，保温0.5～2h；
6)渗硅
将热解后的致密的碳化硅泡沫碳骨架反应烧结渗硅，渗硅在氮气或惰性气氛或真空条件下进行，升温速率为5～15℃/min，温度为：1400～2000℃，保温0.5～4h，得高强度致密泡沫碳化硅陶瓷材料，按重量分数计，其成份由90％～98％的碳化硅和10％～2％的硅组成。
本发明中三维连通网络状疏松多孔的碳化硅陶瓷骨架的制备过程，与上述制备过程不同之处仅在于：
1)料浆配制
将碳化硅粉、高产碳率树脂、固化剂和乙醇按比例混合，碳化硅粉、高产碳率树脂与固化剂之间重量百分比例为70wt.％～20wt.％∶29wt.％～60wt.％∶1wt.％～20wt.％，经机械搅拌后球磨时间0.5～2h，经35～140目筛网过滤，得料浆，所述料浆中固形物的重量为料浆总量的30～80％；
2)浸挂
将泡沫剪裁成所需形状和尺寸，均匀地浸入料浆中，拿出后挤去多余料浆，采用气吹和离心的方式除去多余料浆，加热半固化，加热温度50～80℃，固化时间5～60min，得到泡沫碳化硅陶瓷前驱体；
3)热解
将致密的碳化硅泡沫陶瓷前驱体在氮气或惰性气氛的保护下热解，升温速率1～5℃/min，升温至600～1300℃，保温0.5～2h，获得多孔泡沫陶瓷碳骨架；
4)填充碳骨架中心孔
将碳骨架表面的中心孔磨开后，利用高压压注的方法将填充料浆压入中心孔内，压力为1～25MPa、保压10min～2h，经过热解得到致密的泡沫碳化硅碳骨架，热解在氮气或惰性气氛或真空条件下进行，升温速率为1～10℃/min，温度600～1300℃，保温0.5～2h；
5)渗硅
将热解后的多孔碳化硅泡沫碳骨架反应烧结渗硅，渗硅在氮气或惰性气氛或真空条件下进行，升温速率为5～15℃/min，温度为：1400～2000℃，保温0.5～4h，得到筋的致密度为70～90％的泡沫碳化硅陶瓷材料，按重量分数计，其成份由90％～98％的碳化硅和10％～2％的硅组成。
实施例1
1.选用筋为疏松多孔的三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架(筋致密度为80％)
通过配浆料→浸挂→热解→填充碳骨架中心孔→渗硅等工序完成筋为疏松多孔的三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架的制备；
2.向碳化硅陶瓷骨架网孔内加填料
将粒度10μm的石墨与粒度74μm的铁(铁与石墨的重量比为5/4)混匀，然后加入适量的用无水乙醇稀释的酚醛树脂、固化剂(对甲苯磺酸)，再次混匀、制粒后过80～120目(180～125μm)筛，筛下物于100℃烘干固化；本实施例中，酚醛树脂加入量占填料重量的20wt.％～30wt.％、对甲苯磺酸加入量占树脂重量的6wt.％～8wt.％，酚醛树脂用无水乙醇稀释，使树脂重量浓度为70％～90％。本实施例中，铁粉100g、石墨粉80g、酚醛树脂50g、对甲苯磺酸3g、无水乙醇15g。
取上述固化的筛下物(铁与石墨的混合物)，用无水乙醇作溶剂，用吸滤的方法将铁与石墨的混合物吸入SiC网孔内，并经100℃干燥、固化后在惰性气氛条件下(本实施例采用氩气)于800℃烧结，利用树脂热解产生孔隙，从而使陶瓷骨架网孔内的添加物形成具有一定强度的多孔体。
3.挤压铸造复合成型
铜合金选用锡青铜，在感应炉中加热至1200℃，同时将网孔内固化有多孔填料的碳化硅陶瓷骨架预热到400℃后放入模具内，注入液态锡青铜，加压至120MPa保压20s。出模后，经过机加工可得所需摩擦材料。
本实施例物理力学性能和模量见表1，热物理性能见表2，湿摩擦磨损性能见表3和表4。可见，材料表现出高的力学强度和模量、高的热容量和导热率、低的线膨胀系数、高而稳定的湿式摩擦系数和低的磨损率。
表1湿式铜基摩擦材料的力学性能和模量
表2湿式铜基摩擦材料的热物理性能
表3湿式铜基摩擦材料的平均动摩擦系数
注：摩擦实验在MM-1000型摩擦试验机上进行，以15W-40油为冷却介质，试样尺寸为φ85×φ65×12mm。
表4湿式铜基摩擦材料与不同对偶对摩时的磨损率 μm/次
如图1所示，本发明铜合金相和网络状碳化硅陶瓷骨架各为独立的连续相，铜合金相不进入陶瓷骨架中，图中黑色为碳化硅陶瓷网络骨架，灰白色为基体铜合金。如图2所示，本发明铜合金相和网络状碳化硅陶瓷骨架部分渗透，铜合金相部分进入陶瓷骨架中形成界面过渡区，图中黑色为碳化硅陶瓷网络骨架，灰白色为基体铜合金。如图3所示，本发明铜合金相和网络状碳化硅陶瓷骨架相互渗透，即铜合金相完全贯穿网络陶瓷骨架形成连续分布，图中黑色为碳化硅陶瓷网络骨架，灰白色为基体铜合金。
实施例2：
与实施例1不同之处是：
1.选用筋为致密的三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架(筋致密度为99％)
通过配浆料→浸挂→热压致密化→热解→填充碳骨架中心孔→渗硅等工序完成筋为致密的三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架的制备；
2.向碳化硅陶瓷骨架网孔内加填料
将粒度30μm的石墨与粒度100μm的铁(铁与石墨的重量比为5/3)和少量粒度为80μm的镍粉混匀，然后加入适量的用无水乙醇稀释的酚醛树脂、固化剂(对甲苯磺酸)，再次混匀、制粒后过80目(180μm)筛，筛下物于100℃烘干固化；本实施例中，铁粉加入量为100g、镍粉5g、石墨粉60g、环氧树脂(牌号为EP0141-310)40g、对甲苯磺酸3g、无水乙醇10g。
取上述固化的筛下物(铁、镍、石墨的混合物)，用无水乙醇作溶剂，用吸滤的方法将铁与石墨的混合物吸入SiC网孔内，并经100℃干燥、固化后在惰性气氛条件下(本实施例采用氩气)于800℃烧结，利用树脂热解产生孔隙，从而使陶瓷骨架网孔内的添加物形成具有一定强度的多孔体。
3.挤压铸造复合成型
铜合金选用锡青铜，在感应炉中加热至1180℃，同时将网孔内固化有多孔填料的碳化硅陶瓷骨架预热到400℃后放入模具内，注入液态锡青铜，加压至120MPa保压15s。出模后，经过机加工可得所需摩擦材料。
实施例3
与实施例1不同之处在于：
1.选用筋为疏松多孔的三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架(筋致密度为70％)
通过配浆料→浸挂→热解→填充碳骨架中心孔→渗硅等工序完成筋为疏松多孔的三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架的制备；
2.向碳化硅陶瓷骨架网孔内加填料
将粒度20μm的石墨、粒度60μm的铁(铁与石墨的重量比为3/2)、粒度30μm的CaCO3和粒度80μm的二氧化硅混匀，然后加入适量的用去离子水或蒸馏水稀释的硅溶胶，硅溶胶用去离子水或蒸馏水稀释后，使其重量浓度为40％～60％，再次混匀、制粒后过80～100目筛，筛下物于100℃烘干固化；本实施例中，铁粉加入量为120g、石墨粉80g、CaCO3 20g、二氧化硅20g、硅溶胶70g，去离子水100g。
取上述固化的筛下物，用去离子水或蒸馏水作溶剂，用吸滤的方法将铁与石墨的混合物吸入碳化硅陶瓷骨架网孔内，并经100℃干燥、固化后在惰性气氛条件下(本实施例采用氩气)于600℃烧结，使陶瓷骨架网孔内的添加物形成具有一定强度的多孔体。
3.挤压铸造复合成型
铜合金选用锡青铜，在感应炉中加热至1150℃，同时将网孔内固化有多孔填料的碳化硅陶瓷骨架预热到300℃后放入模具内，注入液态锡青铜，加压至100MPa保压20s。出模后，经过机加工可得所需摩擦材料。
实施例4
与实施例2不同之处在于：
1.选用筋为致密的三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架(筋致密度为99％)
通过配浆料→浸挂→热压致密化→热解→填充碳骨架中心孔→渗硅等工序完成筋为致密的三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架的制备；
2.向碳化硅陶瓷骨架网孔内加填料
将粒度30μm的石墨、粒度80μm的铁(铁与石墨的重量比为3/2)、粒度30μm的CaCO3和粒度80μm的氧化铝混匀，然后加入适量的用去离子水或蒸馏水稀释的硅溶胶，硅溶胶用去离子水或蒸馏水稀释后，使其重量浓度为40％～60％，再次混匀、制粒后过80～100目筛，筛下物于100℃烘干固化；本实施例中，铁粉加入量为120g、石墨粉80g、CaCO3 20g、氧化铝20g、硅溶胶80g，蒸馏水120g。
取上述固化的筛下物，用去离子水或蒸馏水作溶剂，用吸滤的方法将铁与石墨的混合物吸入碳化硅陶瓷骨架网孔内，并经100℃干燥、固化后在惰性气氛条件下(本实施例采用氩气)于700℃烧结，使陶瓷骨架网孔内的添加物形成具有一定强度的多孔体。
3.挤压铸造复合成型
铜合金选用锡青铜，在感应炉中加热至1200℃，同时将网孔内固化有多孔填料的氧化铝陶瓷骨架预热到350℃后放入模具内，注入液态锡青铜，加压至80MPa保压25s。出模后，经过机加工可得所需摩擦材料。
实施例5
与实施例2不同之处在于：
1.选用筋为致密的三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架(筋致密度为95％)
通过配浆料→浸挂→热压致密化→热解→填充碳骨架中心孔→渗硅等工序完成筋为致密的三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架的制备；
2.向碳化硅陶瓷骨架网孔内加填料
将粒度25μm的石墨、粒度50μm的铁(铁与石墨的重量比为4/3)、粒度30μm的CaCO3和粒度80μm的氧化铝混匀，然后加入适量的用去离子水或蒸馏水稀释的硅溶胶，硅溶胶用去离子水或蒸馏水稀释后，使其重量浓度为40％～60％，再次混匀、制粒后过80～100目筛，筛下物于100℃烘干固化；本实施例中，铁粉加入量为120g、石墨粉90g、CaCO3 15g、氧化铝30g、硅溶胶70g，去离子水60g。
取上述固化的筛下物，用去离子水或蒸馏水作溶剂，用吸滤的方法将铁与石墨的混合物吸入碳化硅陶瓷骨架网孔内，并经100℃干燥、固化后在惰性气氛条件下(本实施例采用氩气)于800℃，使陶瓷骨架网孔内的添加物形成具有一定强度的多孔体。
3.挤压铸造复合成型
铜合金选用锡青铜，在感应炉中加热至1150℃，同时将网孔内固化有多孔填料的氧化铝陶瓷骨架预热到400℃后放入模具内，注入液态锡青铜，加压至120MPa保压20s。出模后，经过机加工可得所需摩擦材料。
实施例6
与实施例2不同之处在于：
1.选用筋为致密的三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架(筋致密度为99％)
通过配浆料→浸挂→热压致密化→热解→填充碳骨架中心孔→渗硅等工序完成筋为致密的三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架的制备；
2.向碳化硅陶瓷骨架网孔内加填料
将粒度30μm的石墨、粒度80μm的铁(铁与石墨的重量比为4/3)、粒度30μm的CaCO3和粒度为50μm的铬粉混匀，然后加入适量的用去离子水或蒸馏水稀释的硅溶胶，硅溶胶用去离子水或蒸馏水稀释后，使其重量浓度为40％～60％，再次混匀、制粒后过80～100目筛，筛下物于100℃烘干固化；本实施例中，铁粉加入量为120g、石墨粉90g、铬5g、CaCO3 15g、硅溶胶60g，蒸馏水40g。
取上述固化的筛下物，用去离子水或蒸馏水作溶剂，用吸滤的方法将铁与石墨的混合物吸入碳化硅陶瓷骨架网孔内，并经100℃干燥、固化后在惰性气氛条件下(本实施例采用氩气)于700℃烧结，使陶瓷骨架网孔内的添加物形成具有一定强度的多孔体。
3.挤压铸造复合成型
铜合金选用锡青铜，在感应炉中加热至1150℃，同时将网孔内固化有多孔填料的碳化硅陶瓷骨架预热到400℃后放入模具内，注入液态锡青铜，加压至140MPa保压15s。出模后，经过机加工可得所需摩擦材料。
Claims (6)
1.一种湿式铜基摩擦材料，其特征在于：它主要由三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架、铜合金及其他无机填料组成，其中铜合金所占的体积百分比为60vol.％～70vol.％，网络状碳化硅陶瓷骨架及无机填料所占的体积百分比为40vol.％～30vol.％；所述铜合金主要为含锡元素的青铜合金，按重量百分含量，其组成为Cu≥85％、Sn6％～10％；所述网络状碳化硅陶瓷骨架含量为10vol.％～25vol.％，无机填料含量为30vol.％～15vol.％；所述无机填料为铁和/或Ni、Cr，石墨，CaCO3和/或SiO2、Al2O3的一种或多种按任意比例组成的混合物。
2.按权利要求1所述的湿式铜基摩擦材料，其特征在于：铜合金与网络状碳化硅陶瓷骨架形成多相连续分布的特征，这种连续分布包括三种情况：
(1)铜合金相和网络状碳化硅陶瓷骨架各为独立的连续相，铜合金相不进入陶瓷骨架中；
(2)铜合金相和网络状碳化硅陶瓷骨架部分渗透，铜合金相部分进入陶瓷骨架中形成界面过渡区；
(3)铜合金相和网络状碳化硅陶瓷骨架相互渗透，即铜合金相完全贯穿网络陶瓷骨架形成连续分布。
3.按权利要求1所述的湿式铜基摩擦材料，其特征在于：所述三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架按筋的致密程度包括以下几种类型：
(1)筋为致密的，其致密度为95％～99％；
(2)筋为疏松多孔的，其致密度为70％～90％；
(3)筋的内层或内部为疏松多孔的，其致密度为70％～90％；筋的外层或外部为致密的，其致密度为95％～99％；
(4)筋的内层或内部为致密的，其致密度为70％～90％；筋的外层或外部为疏松多孔的其致密度为95％～99％；
(5)筋为疏松与致密相间的多层陶瓷复合体。
4.一种按权利要求1所述的湿式铜基摩擦材料的制备方法，其特征在于摩擦材料的制备采用挤压铸造法，具体操作为：
(1)制备三维连通网络状碳化硅陶瓷骨架；
(2)向网络状碳化硅陶瓷骨架的网孔内添加其他组元，具体如下：
将粒度10～120μm的无机填料：铁和/或Ni、Cr，石墨，CaCO3和/或SiO2、Al2O3的一种或多种组成的混合物，混匀；然后加入树脂或硅溶胶，其中，树脂含量占无机填料的20wt.％～30wt.％，硅溶胶含量占无机填料的20wt.％～30wt.％，再次混匀，制粒后过180～100μm筛，筛下物于100℃烘干固化，然后将其吸入网络状碳化硅陶瓷骨架网孔内，并经100℃干燥、固化后在惰性气氛条件下烧结，烧结温度为600～800℃，使陶瓷骨架网孔内的添加物形成多孔体；
(3)熔炼符合要求的铜合金；
(4)用挤压铸造设备将1150～1200℃的高温液态铜合金挤压进上述方法制得的经过预热的网孔内含有添加物的三维网络状碳化硅陶瓷骨架中，压力80～140MPa，陶瓷骨架的预热温度为300～400℃，保压15～25s，出模后空冷至室温；
(5)铸件经过机加工，得到符合要求的湿式铜基摩擦材料。
5.按照权利要求4所述湿式铜基摩擦材料的制备方法，其特征在于：陶瓷骨架网孔中所加入的填料可以用树脂加固化剂固化，具体如下：陶瓷骨架网孔中所加入的填料混匀后用树脂、固化剂固化，并制成具有粒度为180～100μm的混合物颗粒，然后用无水乙醇吸滤到陶瓷骨架的网孔中，并用树脂、固化剂固化；所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、酚醛/酚糠醛树脂之一种或几种按任意比例混合，加入量占填料重量的20wt.％～30wt.％，用无水乙醇稀释，使树脂重量浓度为70％～90％；所述固化剂为对甲苯磺酸、五洛脱品、草酸或柠檬酸之一种或几种按任意比例混合，加入量占树脂的6wt.％～8wt.％。
6.按照权利要求4所述湿式铜基摩擦材料的制备方法，其特征在于：陶瓷骨架网孔中所加入的填料也可以用硅溶胶固化，具体如下：陶瓷骨架网孔中所加入的填料混匀后用硅溶胶固化，并制成具有粒度为180～100μm的混合物颗粒，然后用去离子水或蒸馏水吸滤到陶瓷骨架的网孔中，并用硅溶胶固化；所述硅溶胶加入量占填料重量的20wt.％～30wt.％，用去离子水或蒸馏水稀释，使硅溶胶重量浓度为40％～60％。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102102720A (zh) * | 2009-12-18 | 2011-06-22 | 中国科学院金属研究所 | 一种陶瓷/金属双连续相复合材料闸片及其制备方法 |
| CN103639414A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-03-19 | 哈尔滨理工大学 | 高硬度低磨损铜基摩擦材料的制备方法 |
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Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102478090B (zh) * | 2010-11-23 | 2013-11-06 | 来安县隆华摩擦材料有限公司 | 新型环保耐磨耐高温摩擦片 |
| CN103697096B (zh) * | 2013-12-24 | 2016-08-17 | 河北星月制动元件有限公司 | 一种汽车鼓式驻车制动器衬片 |
| CN106351993A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-25 | 贵州新安航空机械有限责任公司 | 一种高速列车用粉末冶金闸片及其制备方法 |
| CN109930021B (zh) * | 2017-12-19 | 2021-01-05 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种铜基二氧化硅复合材料及其制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1032195A (zh) * | 1987-09-19 | 1989-04-05 | 北京摩擦材料厂 | 一种摩擦片及其制造方法 |
| US5279638A (en) * | 1990-02-27 | 1994-01-18 | Taiho Kogyo Co., Ltd. | Sliding material |
| JPH08283701A (ja) * | 1995-04-07 | 1996-10-29 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | メタリック系摩擦材料 |
| JPH10130631A (ja) * | 1996-10-31 | 1998-05-19 | Aisin Seiki Co Ltd | 湿式摩擦材及びその製造方法 |
| CN1257903A (zh) * | 1999-11-29 | 2000-06-28 | 大连粉末冶金厂 | 一种制动用粉末冶金摩擦材料 |
| US20010021352A1 (en) * | 2000-03-13 | 2001-09-13 | Jyunji Kanaoka | Friction member manufacturing method |
| CN1594621A (zh) * | 2003-09-08 | 2005-03-16 | 郑州轻工业学院 | 一种铜基粉末冶金摩擦材料 |
-
2005
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1032195A (zh) * | 1987-09-19 | 1989-04-05 | 北京摩擦材料厂 | 一种摩擦片及其制造方法 |
| US5279638A (en) * | 1990-02-27 | 1994-01-18 | Taiho Kogyo Co., Ltd. | Sliding material |
| JPH08283701A (ja) * | 1995-04-07 | 1996-10-29 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | メタリック系摩擦材料 |
| JPH10130631A (ja) * | 1996-10-31 | 1998-05-19 | Aisin Seiki Co Ltd | 湿式摩擦材及びその製造方法 |
| CN1257903A (zh) * | 1999-11-29 | 2000-06-28 | 大连粉末冶金厂 | 一种制动用粉末冶金摩擦材料 |
| US20010021352A1 (en) * | 2000-03-13 | 2001-09-13 | Jyunji Kanaoka | Friction member manufacturing method |
| CN1594621A (zh) * | 2003-09-08 | 2005-03-16 | 郑州轻工业学院 | 一种铜基粉末冶金摩擦材料 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 添加少量纳米SiCp对铜基材料电学和摩擦学性能的影响. 王伟等.机械工程材料，第29卷第4期. 2005 * |
| 金属陶瓷离合器片的研制开发. 王秀飞等.山东冶金，第25卷第5期. 2003 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102102720A (zh) * | 2009-12-18 | 2011-06-22 | 中国科学院金属研究所 | 一种陶瓷/金属双连续相复合材料闸片及其制备方法 |
| CN102102720B (zh) * | 2009-12-18 | 2013-01-16 | 中国科学院金属研究所 | 一种陶瓷/金属双连续相复合材料闸片及其制备方法 |
| CN103639414A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-03-19 | 哈尔滨理工大学 | 高硬度低磨损铜基摩擦材料的制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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Granted publication date: 20080416 Termination date: 20170518 |