CN102229467B

CN102229467B - 一种玻璃陶瓷基汽车刹车片及其制备方法

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Publication number: CN102229467B
Application number: CN2011100921633A
Authority: CN
Inventors: 刘咏; 逯峙; 刘伯威
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2031-04-13
Also published as: CN102229467A

Abstract

本发明公开了一种玻璃陶瓷基汽车刹车片，其材料配方按重量百分比计算为：氟金云母6～32，氟磷灰石4～28，铜纤维10～30，碳纤维5～10，钛酸钾纤维2～5，云母5～15，硫化锑5～10，FeS₂2～5，氧化锆3～6，石墨5～10，FeCr₂O₄2～5，重晶石5～10。其制备方法包括：按设计的各组分配比配料、混合；然后在900℃左右热压成型后，随炉冷却至室温，脱模，得到玻璃陶瓷基汽车刹车片胚体；按设计要求，将汽车刹车片胚体进行机加工，得到玻璃陶瓷基汽车刹车片。本发明组分配比合理、制备工艺简单、高温稳定性好，适用于车辆高速运行时的刹车制动；性价比较高、安全性和可靠性高，其制备方法简单可靠，具有广阔的市场应用前景，适于工业化生产。

Description

一种玻璃陶瓷基汽车刹车片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃陶瓷基汽车刹车片及其制备方法；属于摩擦材料制备技术领域。

背景技术

汽车刹车片是汽车制动系统的A类关键零部件，其性能的好坏直接关系到汽车运行的安全性和可靠性。目前市场上主流的汽车刹车片均采用树脂基摩擦材料，当汽车在连续或紧急制动时，刹车片和制动盘表面的温度高达500～700℃，由于树脂基刹车片耐温性能欠佳，在高温下会分解放出水、气、油等，在摩擦表面形成一层薄膜，使干摩擦变成混合摩擦或湿摩擦，摩擦系数显著降低，存在刹车失效的隐患，同时由于树脂的大量热分解，降低了其粘结作用，材料高温磨损加剧，并且在高温下存在极易产生裂纹和高温磨损性能较差等问题，导致刹车片的使用寿命显著降低。国内外也有一些陶瓷基体的摩擦材料用于普通客车，但是由于陶瓷相颗粒成型性较差，颗粒之间粘结不牢，使得刹车片整体强度低，不耐磨。玻璃陶瓷具有在玻璃点温度成型性好，材料耐磨损、性能可调、摩擦系数稳定等特点，是一种具有重要应用前景的摩擦材料。因此，本发明主要将该材料应用于汽车刹车片产品。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、制备工艺简单、高温稳定性好，适用于高速运行车辆刹车制动的玻璃陶瓷基汽车刹车片及其制备方法。

本发明一种玻璃陶瓷基汽车刹车片，按重量百分比，由以下组分组成：

本发明一种玻璃陶瓷基汽车刹车片的制备方法，包括如下步骤：

第一步：配料

按设计的各组分配比称取各组分物料，置于混料机中，混合均匀，得到混合料；

第二步：热压成型

将第一步所得混合料置于模具中，施加8～12kgf/cm²的压力，以12～18℃/min的升温速度加热至900℃，保温、保压50～70min后，随炉冷却至室温，脱模，得到玻璃陶瓷基汽车刹车片胚体；

第三步：机加工

按设计的刹车片技术要求，将第三步所得汽车刹车片胚体进行机加工，得到玻璃陶瓷基汽车刹车片。

本发明一种玻璃陶瓷基汽车刹车片的制备方法中：所述玻璃陶瓷、云母、重晶石、硫化锑、FeCr₂O₄、FeS₂、或氧化锆的粒度小于等于200目；所述石墨颗粒粒度小于等于20目；所述铜纤维长度3.0～5.0mm，直径0.15±0.02mm，铜含量≥99％，抗拉强度12～24kg/mm；所述碳纤维长度≤0.8mm，碳含量≥88％，灰分≤12％；所述钛酸钾纤维为纯度≥95％的针状晶体。

本发明一种玻璃陶瓷基汽车刹车片的制备方法，其特征在于：所述模具为石墨模具。

本发明由于采用上述组分配比及制备工艺，制备的刹车材料是一种玻璃陶瓷基复合材料，这种材料以氟金云母和氟磷灰石玻璃陶瓷为基体，基体材料中的Al、B、Si是玻璃网络形成体，这种空间的网络结构较大的提高了材料的强度，另外基体中存在着云母晶体，云母晶体以相互交联的卡片状或卷心菜状结构交联在一起，这种相互交联的云母晶体，能够使裂纹在云母解理面中发生偏转和分叉，从而抑制裂纹的扩展，同时在云母晶体结构中，层与层之间以碱金属或碱土金属结合，结合力十分薄弱，形成了良好的解理面，使得玻璃陶瓷材料具有良好的强度的同时又具备很好的韧性和弹性，基体的这种综合性质，使得材料的加工和处理更加容易，对于提高刹车片的性能和降低生产成本有着重要意义，热压烧结后，基体的强度进一步提高，达到刹车材料所要求的耐冲击性能，并有助于降低材料在高温下的磨损量；刹车片中不含树脂粘结剂，可显著提高制动材料的耐温性能，并进一步降低材料在高温下的磨损量，玻璃陶瓷基体还可以使材料形成网状多孔结构，增加制动平稳性，减少制动噪音；另外，以铜纤维、碳纤维、钛酸钾纤维为增强材料；铜纤维主要用做增强材料，并具备对陶瓷基体进行增韧和导热的作用；碳纤维的比强度很高，且具备优越的力学性能，对刹车片有重要的增强作用，并对降低刹车片重量有重要作用；钛酸钾纤维具有使用温度高、防潮性能好、磨损小等优点，并且可以起到微观强化和提高刹车舒适性的作用，另外，钛酸钾纤维还具有十分优良的力学物理性能：高强度、高模量、耐磨损、耐高温、隔热、高的电气绝缘性，对刹车片有重要的增强左右；石墨用作中、低温润滑剂；硫化锑用作中、高温润滑剂，在材料表面形成减摩薄膜，可以增加制动平稳性，降低磨损，延长使用寿命；FeCr₂O₄、FeS₂等可以提高摩擦系数，增加制动效能。云母、重晶石等除起到降低成本的作用外，还可以稳定摩擦系数、调节材料的孔隙率，提高刹车舒适性，氧化锆主要用于对基体的增韧。特别是采用石墨模具，在高温烧结时，会出现CO和CO₂气氛，这种气氛在高温下对铜纤维有保护作用，铜纤维在高温下出现部分液相，对各组分也有着粘结作用。与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、低温、高温制动情况下制动性能稳定，由于本发明主要材料为无机材料，不含树脂粘结剂，耐高温性能更好，所以大大提高低温、高温情况下制动的稳定性，热衰退现象不明显，更利于汽车在高速情况下制动。

2、本发明的摩擦系数波动范围更小，制动更稳定，提高了乘坐汽车的舒适度，另外，材料的磨损率更小，大大提高了刹车片的使用寿命，更有利于汽车的长途行驶。

3、本发明所使用的原料大部分为无机材料，重金属含量较传统刹车片少，在使用过程中产生的有害气体和粉尘较传统刹车片也少很多，所以，本发明在实用性和环保性方面，都较传统树脂基刹车片优越。

4、以玻璃陶瓷为基体，烧结后具备适中的强度和硬度，在提高耐磨损性能的同时，不会损伤刹车对偶材料。

5、省去了传统树脂基刹车片在高温下进行高温烧蚀表面处理的热加工过程，并且玻璃陶瓷基体较好的韧性和弹性使其加工切削更加容易，简化了生产工艺。

综上所述，本发明组分配比合理、制备工艺简单、高温稳定性好，适用于高速运行车辆刹车制动。相对于传统的树脂基汽车刹车片在耐温性能、制动效能、速度/压力相关性和环保等方面都有较大的提高，而且省去了传统树脂基刹车片在高温下进行高温烧蚀表面处理的热加工过程，制造成本增加不多，玻璃陶瓷基汽车刹车片是一种性价比较高的新型摩擦材料制品，是一种安全性和可靠性高的玻璃陶瓷基汽车刹车片，其制备方法简单可靠，适于工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明提供九个具体实施例，其具体配方组成(重量百分比)见表1。

表1

本发明提供的九个实施例制备玻璃陶瓷基汽车刹车片的具体工艺为：

第一步：配料

按表1确定的各组分配比称取各组分物料，置于高速混料机中，混料10分钟，得到混合料；

第二步：热压成型

将第一步所得混合料置于石墨模具中，施加10kgf/cm²的压力，以15℃/min的升温速度加热至900℃，保温、保压60min后，随炉冷却至室温，脱模，得到玻璃陶瓷基汽车刹车片胚体；

第三步：机加工

按设计的刹车片技术要求，将第三步所得汽车刹车片胚体进行磨削、倒角、开槽，再经喷涂、印标，加工成为玻璃陶瓷基汽车刹车片。

按GB5763-98对本发明九个实施例制备的玻璃陶瓷基汽车刹车片及树脂基汽车刹车片进行了定速试验，结果见表2-10。其中：

表2为实施例1-1制备的刹车片和树脂基刹车片定速试验结果。

表3为实施例1-2制备的刹车片和树脂基刹车片定速试验结果。

表4为实施例1-3制备的刹车片和树脂基刹车片定速试验结果。

表5为实施例2-1制备的刹车片和树脂基刹车片定速试验结果。

表6为实施例2-2制备的刹车片和树脂基刹车片定速试验结果。

表7为实施例2-3制备的刹车片和树脂基刹车片定速试验结果。

表8为实施例3-1制备的刹车片和树脂基刹车片定速试验结果。

表9为实施例3-2制备的刹车片和树脂基刹车片定速试验结果。

表10为实施例3-3制备的刹车片和树脂基刹车片定速试验结果。

表2

表3

表4

表5

表6

表7

表8

表9

表10

从表2-10可以看出，玻璃陶瓷基汽车刹车片，摩擦系数从100℃到350℃变化较少，磨损率在200℃以前随温度的升高略有下降，200℃以后材料的磨损率随温度的升高先升高后趋于稳定，摩擦面上无油膜，摩擦块表面完整，无裂纹；树脂基刹车片的摩擦系数在250℃之前随温度升高而升高，高温时衰退稍大、耐磨性较差，摩擦面上有一层油膜，且摩擦块表面出现裂纹。对于不同种配方，新型刹车片摩擦系数随玻璃陶瓷基体的增加而增大，磨损量随铜纤维和硫化锑的增加而明显减小，可通过对配方中不同成分含量的控制，使产品满足不同车型和用户的需求。在定速试验中，玻璃陶瓷基汽车刹车片的综合性能明显高于树脂基汽车刹车片。

对上述的九个实施例制备的玻璃陶瓷基汽车刹车片在Link3000惯性台架试验机上进行试验，试验程序为AK-Master。结果表明，在效能试验中，玻璃陶瓷基刹车片的高速和低速效能差均≤9％；在衰退试验中，最高摩擦系数为0.41，最低摩擦系数为0.27；在涉水试验中，最高摩擦系数为0.37，最低为0.25；总磨损量为0.31mm，摩擦片均表面完整，无明显塌边和裂纹。

综上所述，相比传统的树脂基刹车片，用本发明技术制得的汽车刹车片，其摩擦系数有所增大，高温稳定性和耐磨性更好，克服了传统树脂基刹车片高温热衰退问题，更适用于车辆在高速下制动。玻璃陶瓷基汽车刹车片是一种性价比较高的新型摩擦材料，具有广阔的市场应用前景。

Claims

1.一种玻璃陶瓷基汽车刹车片，按重量百分比，由以下组分组成：

氟金云母 6～32，铜纤维 10～30，

氟磷灰石 4～28，碳纤维 5～10，

石墨 5～10，氧化锆 3～6，

钛酸钾纤维 2～5，云母 5～15，

硫化锑 5～10， FeCr₂O₄ 2～5，

FeS₂ 2～5，重晶石 5～10。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃陶瓷基汽车刹车片，按重量百分比，由以下组分组成：

氟金云母 12～22，铜纤维 15～25，

氟磷灰石 10～20，碳纤维 6～9，

石墨 6～9，氧化锆 3～6，

钛酸钾纤维 2～5，云母 7～13，

硫化锑 6～9， FeCr₂O₄ 2～5，

FeS₂ 2～5，重晶石 6～9。

3.根据权利要求2所述的一种玻璃陶瓷基汽车刹车片，按重量百分比，由以下组分组成：

氟金云母 14～18，铜纤维 18～22，

氟磷灰石 13～17，碳纤维 7～8，

石墨 7～8，氧化锆 3～6，

钛酸钾纤维 2～5，云母 9～11，

硫化锑 7～8， FeCr₂O₄ 2～5，

FeS₂ 2～5，重晶石 7～8。

4.制备如权利要求1、2、3任意一项所述一种玻璃陶瓷基汽车刹车片的方法，包括如下步骤：

第一步：配料

第二步：热压成型

第三步：机加工

5.根据权利要求4所述的一种玻璃陶瓷基汽车刹车片的制备方法，其特征在于：所述玻璃陶瓷、云母、重晶石、硫化锑、FeCr₂O₄、FeS₂、或氧化锆的粒度小于等于200目；所述石墨颗粒粒度小于等于20目；所述铜纤维长度3.0～5.0mm，直径0.15±0.02mm，铜含量≥99%，抗拉强度12～24kg/mm；所述碳纤维长度≤0.8mm，碳含量≥88%，灰分≤12%；所述钛酸钾纤维为纯度≥95%的针状晶体。

6.根据权利要求5所述的一种玻璃陶瓷基汽车刹车片的制备方法，其特征在于：所述模具为石墨模具。