CN102102720A - 一种陶瓷/金属双连续相复合材料闸片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高速列车制动用的摩擦材料领域,具体地说是一种陶瓷/金属双连续相复合材料闸片及其制备方法。按重量分数计,其成份由15%~40%的泡沫碳化硅陶瓷和10%~30%的摩擦组元和75%~30%的金属组成。采用高分子热解结合可控熔渗反应烧结的技术制备出具有三维网络结构的碳化硅泡沫陶瓷、选择合适的摩擦组元填充到泡沫陶瓷网孔内、利用挤压铸造的方法将熔融的铜合金压注到泡沫陶瓷骨架内获得陶瓷/金属双连续相复合材料闸片。复合材料闸片能够与28CrMoV锻钢制动盘配副并具有合适而稳定的摩擦系数、低磨损率、高耐热性、抗热机械损伤能力强、工艺性能好、制造成本低和长寿命等特点,完全满足200~300km/h高速列车制动需求,并对350km/h高速列车制动需求具有良好的竞争优势。
Description
技术领域
本发明涉及高速列车制动用的摩擦材料领域,具体地说是一种碳化硅泡沫陶瓷、摩擦组元、铜合金三相复合的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片及其制备方法。
背景技术
时速200km/h以上的高速列车普遍采用了盘形制动,当高速列车其他制动方式发生故障时,盘形制动就是列车安全停车的唯一保障。因此,盘形制动是高速列车的关键部件和安全运行的重要保证,其关键材料——先进制动材料的研究理所当然地成为了制动装置研究的一项重要工作。也正是由于这个原因,法国、德国和日本在发展高速铁路时都把盘形制动摩擦材料作为关键技术进行攻关。目前,我国也正在引进和研究高速列车,同样需要着手研究并解决盘形制动摩擦材料问题。
目前,国外开发出的可用于时速200Km/h以上的高速列车制动盘/闸片主要包括:铸铁制动盘与树脂基闸片、铸钢或锻钢制动盘与粉末冶金闸片;C/C复合材料;陶瓷颗粒弥散增强铝基制动盘与树脂基闸片;金属陶瓷涂层制动盘与陶瓷闸闸片等。其中的铸铁制动盘与树脂基闸片是早期使用的制动材料;C/C复合材料在1981年装车于法国高速列车巴黎东南号;陶瓷颗粒弥散增强铝基制动盘与树脂基闸片、金属陶瓷涂层制动盘与陶瓷闸片也已经在德国的ICE、法国的TGV高速列车上进行了试验;现在世界各国高速列车制动盘/闸片使用最多、最稳定的是铸钢或锻钢制动盘与粉末冶金闸片。
我国生产的制动盘与粉末冶金闸片质量与发达国家的产品存在一定的差距。尽管从“九五”开始国内相关的研究单位和生产厂家一直在努力提高制动盘/闸片的制动性能,并取得明显的进步,但粉末冶金闸片的使用寿命短的问题未能得到根本解决。因此,难以完全满足我国高速列车对制动盘/闸片的迫切需求。
在应用过程中,上述制动盘/闸片均存在自身的特点与不足:陶瓷颗粒弥散增强铝基制动盘最大的优势是减重,但使用温度限制在400℃以内。树脂基闸片尽管有制造工艺简单、成本低廉的优势,但使用温度不能超过275℃。突破使用温度的限制,是决定陶瓷颗粒弥散增强铝基制动盘与树脂基闸片配副能否在高速列车上得到应用的关键;C/C复合材料制动盘具有较高的摩擦系数、较低的磨损率、制动能可以达到90MJ,但在潮湿条件下,摩擦系数过低导致安全隐患,同时过高的制造成本也限制了它在高速列车上的应用;铸钢或锻钢制动盘与铜基或铁基粉末冶金闸片配副是目前各国高速列车使用最多的配副,但粘连、过量磨损、疲劳以及环境因素(如含于气孔中的水瞬间汽化产生巨大应力)导致闸片开裂等因素,制约了粉末冶金闸片寿命的提高。尽管通过对制备工艺优化和采用先进的表面后处理技术可以提高粉末冶金闸片性能,但由于这类复合材料中增强相与基体之间的0-3型连接关系,弥散在基体中的增强颗粒无法有效抑制大量摩擦热导致的摩擦片高温变形和粘着磨损,刹车过程中局部温度过高还会与周围区域形成较大的温度梯度,这种周期作用的温度梯度会在摩擦面的表面或亚表面形成缺陷、产生的微裂纹进而扩展成裂纹并导致闸片失效,寿命短的问题依然不能从根本上加以解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高速列车制动的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片及其制备方法,解决现有技术中闸片性能较低、寿命短、成本高等问题。用本发明提供的复合材料闸片能够与28CrMoV锻钢制动盘配副并具有合适而稳定的摩擦系数、低磨损率、高耐热性、抗热机械损伤能力强、工艺性能好、制造成本低和长寿命等特点,完全满足200~300km/h高速列车制动需求,并对350km/h高速列车制动需求具有良好的竞争优势。
本发明的技术方案是:
一种陶瓷/金属双连续相复合材料闸片,按重量分数计,其成份由15%~40%的泡沫碳化硅陶瓷和10%~30%的摩擦组元和75%~30%的金属组成。
所述的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片,其结构为:碳化硅泡沫陶瓷的孔径为:0.1mm~3mm,碳化硅泡沫陶瓷增强相为三维网络化的整体分布,陶瓷与金属基体之间形成相互贯通的三维网络结构,具备三维的泡沫陶瓷与三维的金属复合构成的3-3型连接特征。
所述的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片的制备方法,采用高分子热解结合可控熔渗反应烧结的技术制备出具有三维网络结构的碳化硅泡沫陶瓷,选择合适的摩擦组元填充到泡沫陶瓷网孔内,利用挤压铸造的方法将熔融的金属压注到泡沫陶瓷骨架内获得陶瓷/金属双连续相复合材料闸片。具体如下:
(1)高强度碳化硅泡沫陶瓷制备
按专利申请号为:03134039.3(公开号CN1600742A)提供的方法制备高强度碳化硅泡沫陶瓷。
(2)摩擦组元的制备与填充
将Fe粉(35~300目、30~10%wt);SiO2粉(35~200目、45~10%wt);Cr粉(35~300目、10~20%wt);Ni粉(100~300目、5~20%wt);Mo粉(100~300目、5~15%wt);天然石墨粉(35~300目、0~25%wt)等按比例称重后混合,加入5~15%wt的粘接剂(水玻璃或硅溶胶等);混合均匀后烘干,使用机械方式粉碎、过30~200目的筛子造粒得到摩擦组元颗粒;利用机械震荡或吸注的方法将摩擦组元颗粒填充到泡沫陶瓷网孔内。
(3)碳化硅泡沫陶瓷与钢背的连接
采用卡装或螺钉固定的方式,将网孔内填充摩擦组元的碳化硅泡沫陶瓷与钢背连接在一起。
(4)碳化硅泡沫陶瓷骨架钢背的预热与金属的熔化
将碳化硅泡沫陶瓷与钢背固定后,将碳化硅泡沫陶瓷骨架(即钢背)预热到300℃~800℃,金属加热到熔点以上50℃~300℃。
(5)复合
将预热后的陶瓷骨架钢背放入模具(材质可以为45#钢或耐热钢等)中,倒入熔化的金属,加压:50~200MPa,保压:20秒~2分钟,使熔融的金属充满碳化硅泡沫陶瓷中的所有空隙、原位凝固并不出现缩孔,得到碳化硅泡沫陶瓷/金属双连续相复合材料。
(6)出模与机加工
将陶瓷/金属双连续相复合材料出模后机加工到需要的尺寸,即获得陶瓷/金属双连续相复合材料闸片。
(7)摩擦传动或制动盘的装配
按实际要求将陶瓷/金属双连续相复合材料闸片与背板铆接或焊接在一起,即获得高速列车使用的制动闸片。
本发明金属可以为铝合金、铜合金、铁或钢,其中铜合金可以选用铜铁合金、黄铜或青铜中的耐磨铜合金;钢背选用碳素钢、不锈钢或耐热钢。
已有研究结果表明:泡沫陶瓷具有整体增强的作用、摩擦组元改善闸片的摩擦性能、铜合金具有良好的塑性和导热性能。这种新型的复合材料具有十分稳定的摩擦系数、高的抗热变形和磨损能力、以及良好的成形加工性能,完全满足200~300km/h高速列车制动需求,并对350km/h高速列车制动需求具有良好的竞争优势。
本发明具有如下有益效果:
本发明在长期从事复合材料研究过程中,提出了泡沫陶瓷骨架整体增强金属复合材料的新概念。这种新概念将陶瓷增强相由传统的在金属基体中的离散分布变为高强度的三维网络化的整体分布,陶瓷与金属基体之间形成相互贯通的三维网络结构,具备3-3型连接特征。这种新的连接关系使复合材料中的增强体与基体材料之间产生很强的相互制约关系,这种制约关系是一种全新的制约关系、可以保证复合材料在较宽的温度范围内保持较高的强度和稳定的摩擦性能。由此出发,制备出高强度的碳化硅泡沫陶瓷骨架,进而利用压铸工艺将铝合金、铜合金、铁或钢熔液注入陶瓷骨架中获得高强度碳化硅泡沫陶瓷/金属双连续相复合摩擦材料。已有研究结果表明:这种新型的复合材料具有十分稳定的摩擦系数、高的抗热变形、抗疲劳和磨损能力、使用寿命长以及良好的成形加工性能。
我国共拥有铁路客车44600余辆,铁路货车566700余辆,绝大部分车辆均采用蠕墨铸铁制动盘,少数采用锻钢材料,闸片(瓦)为树脂基或粉末冶金材料。
列车提速后,摩擦制动温度越来越高。300公里/小时高速列车制动时,制动盘和闸片(瓦)表面温度瞬时可以达到1000℃左右,如此大的温差和反复的热冲击将明显影响制动盘和闸片(瓦)的使用寿命。如:列车制动盘的寿命由设计寿命7年下降为4年;制动闸片的使用寿命由半年下降为3个月以内,同时频繁更换列车制动盘盘体既提高了营运成本又严重影响列车服役周期。对于快速列车,制动盘和闸片(瓦)的使用寿命同样达不到国家所规定的标准。特别在一些山区等路况较差地区,需频繁制动刹车,制动盘和闸片(瓦)的维修更换周期更短。使用的寿命的降低造成了对制动盘和闸片(瓦)数量和质量的需求不断增加。
根据铁路网发展规划和中国高速铁路的建设进度,覆盖东部和东北部地区的“四纵四横”高速铁路网将在2011年前后陆续建成,对于高速列车的需求将达到1000列以上,其中,京沪高速铁路对时速350公里以上高速列车的需求将达到300列以上,至少需要57600套以上的制动盘和172800片闸片,分别约合9亿人民币和3亿人民币。如按远期需求700列时速350km高速列车计算,至少需要134400套以上的制动盘和403200片闸片,分别约合21亿人民币和7亿人民币。届时,即便是时速350km以上高速列车需求到位后,盘按7年更换一次、闸片按半年更换一次估算,每年对闸片和盘的需求数量至少将达到806400片和19200套,约合17亿人民币。
本发明陶瓷/金属双连续相复合材料闸片作为摩擦制动片可以应用到飞机的制动系统-航空刹车盘、重载交通车辆制动系统。复合材料闸片替代进口粉末冶金闸片后,可以产生可观的经济效益和社会效益。
附图说明
图1(a)-(c)为碳化硅泡沫陶瓷/铜合金双连续相复合材料闸片。
图2为陶瓷/金属双连续相复合材料闸片摩擦磨损实验曲线(面压.1.5MPa、转速31.4m/s)。
图3为陶瓷/金属双连续相复合材料闸片模拟制动曲线(面压1.0MPa,转速5000r/min,惯量:0.8)。
图4为陶瓷/金属双连续相复合材料闸片摩擦磨损实验曲线(面压1.0MPa、转速31.4m/s)。
图5为陶瓷/金属双连续相复合材料闸片模拟制动曲线(面压2.0MPa,转速5000r/min,惯量:0.8)。
具体实施方式
本发明涉及的高强度碳化硅泡沫陶瓷的特征和制备方法与专利申请(申请号:03134039.3)中提供的方法一致。
本发明陶瓷/金属双连续相复合材料闸片,按重量分数计,其成份由15%~40%的泡沫碳化硅陶瓷和10%~30%的摩擦组元和75%~30%的铜合金组成。陶瓷增强相由传统的在金属基体中的离散分布变为高强度的三维网络化的整体分布。泡沫陶瓷具有整体增强的作用、摩擦组元具有改善闸片的摩擦性能、铜合金具有良好的塑性和导热性能。
上述陶瓷/金属双连续相复合材料闸片的制备方法,采用挤压铸造的方法将熔融的铜合金压注到碳化硅泡沫陶瓷网孔内,经机加工到需要尺寸即获得陶瓷/金属双连续相复合材料闸片。
(1)高强度碳化硅泡沫陶瓷制备
按专利申请号为:03134039.3(公开号CN1600742A)提供的方法制备高强度碳化硅泡沫陶瓷。
(2)摩擦组元的制备与填充
将Fe粉(35~300目、30~10%wt);SiO2粉(35~200目、45~10%wt);Cr粉(35~300目、10~20%wt);Ni粉(100~300目、5~20%wt);Mo粉(100~300目、5~15%wt);天然石墨粉(35~300目、0~25%wt)等按比例称重后混合,加入5~15%wt的粘接剂(水玻璃、硅溶胶等);混合均匀后烘干;使用机械方式粉碎、过30~200目的筛子造粒得到摩擦组元颗粒;利用机械震荡或吸注的方法将摩擦组元颗粒填充到泡沫陶瓷网孔内。
(3)碳化硅泡沫陶瓷与钢背的连接
采用卡装或螺钉固定的方式将网孔内填充摩擦组元的碳化硅泡沫陶瓷与钢背连接在一起。
(4)碳化硅泡沫陶瓷骨架钢背的预热与铜合金的熔化
将碳化硅泡沫陶瓷骨架钢背预热到300℃~800℃,铜合金加热到熔点以上50℃~300℃。
(5)复合
将预热后的陶瓷骨架钢背放入模具(材质可以为45#钢或耐热钢等)中,倒入熔化的铜合金,加压:50~200MPa,保压:20秒~2分钟,使熔融的铜合金充满碳化硅泡沫陶瓷中的所有空隙、原位凝固并不出现缩孔,得到陶瓷/金属双连续相复合材料。
(6)出模与机加工
将陶瓷/金属双连续相复合材料出模后机加工到需要的尺寸,即获得陶瓷/金属双连续相复合材料闸片。
(7)摩擦传动或制动盘的装配
按实际要求将陶瓷/金属双连续相复合材料闸片与背板铆接或焊接在一起,即获得高速列车使用的制动闸片(图1)。
采用本发明制备的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片工作温度为:室温~1000℃;制动力矩平稳、摩擦系数稳定、磨损率低(0.0275~0.187cm3/MJ)、使用寿命长、制备工艺完善可靠、复合是在空气气氛中一步完成、适合于批量生产。
下面通过实施例详述本发明。
实施例1
先按专利申请号为03134039.3提供的方法分别制备碳化硅泡沫陶瓷,其中碳化硅泡沫陶瓷网孔的尺寸为0.8mm。
摩擦组元的组成如表1所示,混合均匀后烘干;使用机械方式粉碎、过100目的筛子造粒得到摩擦组元颗粒。采用震荡的方法将摩擦组元颗粒填充到泡沫陶瓷网孔内。
表1表擦组元混合颗粒的成分组成
编号 | 泡沫陶瓷网孔尺寸(mm) | 泡沫陶瓷体积分数(%) | 二氧化硅微粉g(120~180目) | 雾化铁粉g(120~180目) | 铬粉g300目 | 镍粉g300目 | 钼粉g300目 | 偏硅酸纳ml | 去离子水ml |
1 | 0.8 | 60 | 12 | 14 | 5 | 1 | 1 | 4 | 50 |
用螺钉固定在厚6mm的45#钢板上,加热到800℃后放入Φ100mm的模具内。
采用压铸法,将铜铁合金(Fe为5%wt、余量为铜)加热到熔点温度1380~1400℃,采用压力为100MPa,加压时间15秒,保压时间20秒,压入到泡沫碳化硅陶瓷骨架内,机加工到需要尺寸,即可获得陶瓷/金属双连续相复合材料闸片(图1)。按重量分数计:碳化硅泡沫陶瓷为30%;摩擦组元:13.2%;铜合金56.8%。该闸片具有耐热性能好(陶瓷/金属双连续相复合材料闸片耐热性实验时,距摩擦面3mm,温度801℃)、摩擦性能优良(图2、3)、机械强度高、工艺性能好的特点。
实施例2
与实施例1不同之处在于:
先按专利申请号为03134039.3提供的方法分别制备碳化硅泡沫陶瓷,其中碳化硅泡沫陶瓷网孔的尺寸为0.4mm。
摩擦组元的组成如表2所示,混合均匀后烘干;使用机械方式粉碎、过120目的筛子造粒得到摩擦组元颗粒。采用震荡的方法将摩擦组元颗粒填充到泡沫陶瓷网孔内。
表2摩擦组元混合颗粒的成分组成
编号 | 泡沫陶瓷网孔尺寸(mm) | 泡沫陶瓷体积分数(%) | 二氧化硅微粉g(120~180目) | 雾化铁粉g(120~180目) | 铬粉g300目 | 镍粉g300目 | 钼粉g300目 | 偏硅酸纳ml | 去离子水ml |
1 | 0.4 | 50 | 12 | 14 | 5 | 1 | 1 | 4 | 50 |
用螺钉固定在厚6mm的45#钢板上,加热到800℃后放入Φ100mm的模具内。
采用压铸法,将铜铁合金(Fe为5%wt、余量为铜)加热到熔点温度1380~1400℃,采用压力为100MPa,加压时间20秒,保压时间60秒,压入到泡沫碳化硅陶瓷骨架内,机加工到需要尺寸,即可获得陶瓷/金属双连续相复合材料闸片。按重量分数计:碳化硅泡沫陶瓷为25%;摩擦组元:14.3%;铜合金60.7%。该闸片具有耐热性能好、摩擦性能优良(图4、5)、机械强度高、工艺性能好的特点。
实施例3
与实施例1不同之处在于:
先按专利申请号为03134039.3提供的方法分别制备碳化硅泡沫陶瓷,其中碳化硅泡沫陶瓷网孔的尺寸为1.0mm。
摩擦组元的组成如表3所示,混合均匀后烘干;使用机械方式粉碎、过100目的筛子造粒得到摩擦组元颗粒。采用震荡的方法将摩擦组元颗粒填充到泡沫陶瓷网孔内。
表3摩擦组元混合颗粒的成分组成
编号 | 泡沫陶瓷网孔尺寸(mm) | 泡沫陶瓷体积分数(%) | 二氧化硅微粉g(120~180目) | 雾化铁粉g(120~180目) | 天然石墨粉g(120~180目) | 铬粉g300目 | 镍粉g300目 | 钼粉g300目 | 偏硅酸纳ml | 去离子水ml |
1 | 08 | 50 | 12 | 14 | 5 | 5 | 1 | 1 | 4 | 50 |
用螺钉固定在厚6mm的不锈钢板上,加热到700℃后放入Φ100mm的模具内。
采用压铸法,将铜铁合金(Fe为8%wt、余量为铜)加热到熔点温度1380~1400℃,采用压力为80MPa,加压时间5秒,保压时间20秒,压入到碳化硅泡沫陶瓷骨架内,机加工到需要尺寸,即可获得陶瓷/金属双连续相复合材料闸片。该闸片具有耐热性能好、摩擦性能优良、机械强度高、工艺性能好的特点。
实施例4
与实施例1不同之处在于:
先按专利申请号为03134039.3提供的方法分别制备碳化硅泡沫陶瓷,其中碳化硅泡沫陶瓷网孔的尺寸为:2.0mm。
摩擦组元的组成如表4所示,混合均匀后烘干;使用机械方式粉碎、过80目的筛子造粒得到摩擦组元颗粒。采用震荡的方法将摩擦组元颗粒填充到泡沫陶瓷网孔内。
表4摩擦组元混合颗粒的成分组成
编号 | 泡沫陶瓷网孔尺寸(mm) | 泡沫陶瓷体积分数(%) | 二氧化硅微粉g(120~180目) | 雾化铁粉g(120~180目) | 铬粉g300目 | 镍粉g300目 | 钼粉g300目 | 硅溶胶ml | 去离子水ml |
1 | 0.4 | 50 | 15 | 14 | 5 | 1 | 1 | 6 | 50 |
用螺钉固定在厚6mm的30#钢板上,加热到800℃后放入Φ100mm的模具内。
采用压铸法,将铜铁合金(Fe为5%w、余量为铜)加热到熔点温度1360~1380℃,采用压力为120MPa,加压时间20秒,保压时间60秒,压入到碳化硅泡沫陶瓷骨架内,机加工到需要尺寸,即可获得陶瓷/金属双连续相复合材料闸片。该闸片具有耐热性能好、摩擦性能优良、机械强度高、工艺性能好的特点。
实施例5
与实施例1不同之处在于:
先按专利申请号为03134039.3提供的方法分别制备碳化硅泡沫陶瓷,其中碳化硅泡沫陶瓷网孔的尺寸为:1.5mm。
摩擦组元的组成如表5所示,混合均匀后烘干;使用机械方式粉碎、过80目的筛子造粒得到摩擦组元颗粒。采用震荡的方法将摩擦组元颗粒填充到泡沫陶瓷网孔内。
表5摩擦组元混合颗粒的成分组成
编号 | 泡沫陶瓷网孔尺寸(mm) | 泡沫陶瓷体积分数(%) | 二氧化硅微粉g(120~180目) | 雾化铁粉g(120~180目) | 铬粉g300目 | 镍粉g300目 | 钼粉g300目 | 偏硅酸纳ml | 去离子水ml |
1 | 1.5 | 40 | 20 | 14 | 5 | 1 | 1 | 4 | 50 |
用螺钉固定在厚6mm的45#钢板上,加热到800℃后放入Φ100mm的模具内。
采用压铸法,将铜铁合金(Fe为3%wt、余量为铜)加热到熔点温度1380~1400℃,采用压力为100MPa,加压时间20秒,保压时间60秒,压入到碳化硅泡沫陶瓷骨架内,机加工到需要尺寸,即可获得陶瓷/金属双连续相复合材料闸片。该闸片具有耐热性能好、摩擦性能优良、机械强度高、工艺性能好的特点。
实施例6
与实施例1不同之处在于:
先按专利申请号为03134039.3提供的方法分别制备碳化硅泡沫陶瓷,其中碳化硅泡沫陶瓷网孔的尺寸为:1.0mm。
摩擦组元的组成如表6所示,混合均匀后烘干;使用机械方式粉碎、过100目的筛子造粒得到摩擦组元颗粒。采用震荡的方法将摩擦组元颗粒填充到泡沫陶瓷网孔内。
表6摩擦组元混合颗粒的成分组成
编号 | 泡沫陶瓷网孔尺寸(mm) | 泡沫陶瓷体积分数(%) | 二氧化硅微粉g(120~180目) | 雾化铁粉g(120~180目) | 铬粉g300目 | 镍粉g300目 | 钼粉g300目 | 偏硅酸纳ml | 去离子水ml |
1 | 1.0 | 50 | 20 | 15 | 5 | 1 | 1 | 6 | 50 |
用螺钉固定在厚6mm的3Cr18Ni25Si2钢板上,加热到800℃后放入Φ100mm的模具内。
采用压铸法,将Cr青铜(Cr为5%wt、余量为铜)加热到熔点温度1400~1420℃,采用压力为60MPa,加压时间20秒,保压时间60秒,压入到碳化硅泡沫陶瓷骨架内,机加工到需要尺寸,即可获得陶瓷/金属双连续相复合材料闸片。该闸片具有耐热性能好、摩擦性能优良、机械强度高、工艺性能好的特点。
实施例7
与实施例1的不同之处在于:泡沫碳化硅陶瓷网孔的尺寸为2.0mm。
摩擦组元的组成如表7所示,混合均匀后烘干;使用机械方式粉碎、过80目的筛子造粒得到摩擦组元颗粒。采用震荡的方法将摩擦组元颗粒填充到泡沫陶瓷网孔内。
表7摩擦组元混合颗粒的成分组成
编号 | 泡沫陶瓷网孔尺寸(mm) | 泡沫陶瓷体积分数(%) | 二氧化硅微粉g(120~180目) | 雾化铁粉g(120~180目) | 铬粉g300目 | 镍粉g300目 | 钼粉g300目 | 偏硅酸纳ml | 去离子水ml |
1 | 2.0 | 50 | 20 | 0 | 6 | 1 | 1 | 4 | 50 |
用螺钉固定在厚6mm的45#钢板上,加热到600℃后放入Φ100mm的模具内。
采用压铸法,将663锡青铜加热到熔点温度1180~1230℃,采用压力为80MPa,加压时间10秒,保压时间20秒,压入到泡沫碳化硅陶瓷骨架内,机加工到需要尺寸,即可获得耐热性能好、摩擦性能优良、机械强度高、工艺性能好的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片。
实施例8
与实施例1的不同之处在于:碳化硅泡沫陶瓷网孔的尺寸为1.0mm。
摩擦组元的组成如表8所示,混合均匀后烘干;使用机械方式粉碎、过80目的筛子造粒得到摩擦组元颗粒。采用震荡的方法将摩擦组元颗粒填充到泡沫陶瓷网孔内。
表8摩擦组元混合颗粒的成分组成
编号 | 泡沫陶瓷网孔尺寸(mm) | 泡沫陶瓷体积分数(%) | 二氧化硅微粉g(120~180目) | 雾化铁粉g(120~180目) | 铬粉g300目 | 镍粉g300目 | 钼粉g300目 | 偏硅酸纳ml | 去离子水ml |
1 | 1.0 | 60 | 20 | 0 | 6 | 5 | 5 | 4 | 50 |
采用压铸法,将铝青铜加热到度1230~1330℃,采用压力为60MPa,保压时间20秒,压入到泡沫碳化硅陶瓷骨架内,机加工到需要尺寸,即可获得耐热性能好、摩擦性能优良、机械强度高、工艺性能好的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片。
实施例9
与实施例1的不同之处在于:泡沫碳化硅陶瓷网孔的尺寸为1.5mm。
摩擦组元的组成如表9所示,混合均匀后烘干;使用机械方式粉碎、过60目的筛子造粒得到摩擦组元颗粒。采用震荡的方法将摩擦组元颗粒填充到泡沫陶瓷网孔内。
表摩擦组元混合颗粒的成分组成
编号 | 泡沫陶瓷网孔尺寸(mm) | 泡沫陶瓷体积分数(%) | 二氧化硅微粉g(120~180目) | 雾化铁粉g(120~180目) | 天然石墨粉g100目 | 铬粉g300目 | 镍粉g300目 | 钼粉g300目 | 偏硅酸纳ml | 去离子水ml |
1 | 1.5 | 50 | 20 | 0 | 10 | 6 | 1 | 1 | 4 | 50 |
采用压铸法,将663锡青铜加热到熔点温度1180~1280℃,采用压力为80MPa,加压时间30秒,保压时间60秒,压入到碳化硅泡沫陶瓷骨架内,机加工到需要尺寸,即可获得耐热性能好、摩擦性能优良、机械强度高、工艺性能好的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片。
Claims (10)
1.一种陶瓷/金属双连续相复合材料闸片,其特征在于:按重量分数计,其成份由15%~40%的泡沫碳化硅陶瓷和10%~30%的摩擦组元和75%~30%的金属组成。
2.按照权利要求1所述的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片,其特征在于:碳化硅泡沫陶瓷的孔径为:0.1mm~3mm,碳化硅泡沫陶瓷增强相为三维网络化的整体分布,陶瓷与金属基体之间形成相互贯通的三维网络结构,具备三维的泡沫陶瓷与三维的金属复合构成的3-3型连接特征。
3.按照权利要求1所述的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片,其特征在于,所述摩擦组元的组成如下:Fe粉30~10%wt;SiO2粉45~10%wt;Cr粉10~20%wt;Ni粉5~20%wt;Mo粉5~15%wt;天然石墨粉0~25%wt;粘接剂5~15%wt。
4.按照权利要求1所述的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片,其特征在于,所述Fe粉粒度35~300目,SiO2粉粒度35~200目,Cr粉粒度35~300目,Ni粉粒度100~300目,Mo粉粒度100~300目,天然石墨粉粒度35~300目,粘接剂为水玻璃或硅溶胶。
5.按照权利要求1所述的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片的制备方法,其特征在于:采用高分子热解结合可控熔渗反应烧结的技术制备出具有三维网络结构的碳化硅泡沫陶瓷,选择摩擦组元填充到泡沫陶瓷网孔内,利用挤压铸造的方法将熔融的金属压注到泡沫陶瓷骨架内,实现碳化硅泡沫陶瓷、摩擦组元与铜合金的复合;然后,将陶瓷/金属双连续相复合材料出模后,机加工到需要的尺寸,即获得陶瓷/金属双连续相复合材料闸片。
6.按照权利要求5所述的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片的制备方法,其特征在于,摩擦组元的制备与填充:
将Fe粉30~10%wt、SiO2粉45~10%wt、Cr粉10~20%wt、Ni粉5~20%wt、Mo粉5~15%wt、天然石墨粉0~25%wt按比例称重后混合,加入5~15%wt的粘接剂;混合均匀后烘干,使用机械方式粉碎、过30~200目的筛子造粒得到摩擦组元颗粒;
所述摩擦组元利用机械震荡或吸注的方法将摩擦组元颗粒填充到泡沫陶瓷网孔内。
7.按照权利要求5所述的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片的制备方法,其特征在于,所述挤压铸造:
(1)碳化硅泡沫陶瓷与钢背的连接
将网孔内填充摩擦组元的碳化硅泡沫陶瓷与钢背连接在一起;
(2)碳化硅泡沫陶瓷骨架钢背的预热与金属的熔化
将碳化硅泡沫陶瓷与钢背固定后,将碳化硅泡沫陶瓷骨架钢背预热到300℃~800℃,金属加热到熔点以上50℃~300℃;
(3)复合
将预热后的陶瓷骨架钢背放入模具中,倒入熔化的金属,加压:50~200MPa,保压:20秒~2分钟,得到碳化硅泡沫陶瓷/金属双连续相复合材料;
(4)出模与机加工
将陶瓷/金属双连续相复合材料出模后机加工到需要的尺寸,即获得陶瓷/金属双连续相复合材料闸片;
(5)摩擦传动或制动盘的装配
按实际要求将陶瓷/金属双连续相复合材料闸片与背板铆接或焊接在一起,即获得高速列车使用的制动闸片。
8.按照权利要求5所述的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片的制备方法,其特征在于,所述金属为铝合金、铜合金、铁或钢。
9.按照权利要求8所述的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片的制备方法,其特征在于,所述铜合金选用铜铁合金、黄铜或青铜中的耐磨铜合金。
10.按照权利要求8所述的陶瓷/金属双连续相复合材料闸片的制备方法,其特征在于,所述钢背选用碳素钢、不锈钢或耐热钢。
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