CN102229493A - 一种无树脂全陶瓷基汽车刹车片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无树脂全陶瓷基汽车刹车片，其材料配方按重量百分比计算为：羟基磷灰石20-40％，铜纤维10-30％，碳纤维3-5％，钛酸钾纤维2-5％，石墨5-10％，FeCr₂O₄2-10％，硫化锑5-10％，云母10-20％，重晶石2-10％。其制备方法包括：按设计的各组分配比配料、混合；然后在1050～1150℃热压成型后，随炉冷却至室温，脱模，得到无树脂全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，得到无树脂全陶瓷基汽车刹车片。本发明组分配比合理、制备工艺简单、高温稳定性好，适用于高速运行车辆刹车制动用；性价比较高、安全性和可靠性高，其制备方法简单可靠，适于工业化生产。

Description

一种无树脂全陶瓷基汽车刹车片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种无树脂全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，导致刹车片的使用寿命显著降低。目前市面上的一些陶瓷汽车刹车片采用较多量的陶瓷纤维替代传统的钢纤维，尽管其制动舒适性能(包括噪音、落灰以及与对偶匹配性等)明显提高，但是由于仍然采用树脂作为主要粘结剂，导致了其存在高温热衰退以及在高温下极易产生裂纹和高温磨损性能较差等问题。国内外也有一些陶瓷基汽车刹车片，但由于制备温度低，陶瓷相结合不紧，存在强度和韧性较差的问题。

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无树脂全陶瓷基汽车刹车片及其制备方法。

本发明一种无树脂全陶瓷基汽车刹车片，按重量百分比，由以下组分组成：

羟基磷灰石        20～40，       云母          10～20，

铜纤维            10～30，       钛酸钾纤维    2～5，

碳纤维            3～5，         硫化锑        5～10，

石墨              5～10，        重晶石        2～10，

FeCr₂O₄           2～10。

本发明一种无树脂全陶瓷基汽车刹车片，按重量百分比，由以下组分组成：

羟基磷灰石        25～35，        云母          12～18，

铜纤维            15～25，        钛酸钾纤维    2～5，

碳纤维            3～5，          硫化锑        6～9，

石墨              6～9，          重晶石        4～8，

FeCr₂O₄        4～8。

本发明一种无树脂全陶瓷基汽车刹车片，按重量百分比，由以下组分组成：

羟基磷灰石        27～32，        云母          14～16，

铜纤维            18～22，        钛酸钾纤维    2～5，

碳纤维            3～5，          硫化锑        7～8，

石墨              7～8，          重晶石        5～7，

FeCr₂O₄           5～7。

本发明一种无树脂全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1050～1150℃，保温、保压50～70min后，随炉冷却至室温，脱模，得到无树脂全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，得到无树脂全陶瓷基汽车刹车片。

本发明一种无树脂全陶瓷基汽车刹车片的制备方法中，所述羟基磷灰石、云母、重晶石、硫化锑或FeCr₂O₄的粒度小于等于200；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％；所述钛酸钾纤维为针状晶体，纯度≥95％。

本发明一种无树脂全陶瓷基汽车刹车片的制备方法中，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陶瓷基复合材料，这种材料以羟基磷灰石为基体，烧结后具备相当的强度，能达到刹车材料所需的耐冲击要求，并有助于降低材料在高温下的磨损量，同时可以使材料形成多孔结构，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。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可以适当提高摩擦系数，增加制动效能。云母和重晶石除起到降低成本的作用外，还可以稳定摩擦系数，提高刹车舒适性。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，所以大大提高了低温、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小于树脂基刹车片，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矿物，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、以羟基磷灰石为基体，烧结后具备相当的强度和适中的硬度，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，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，无树脂全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无树脂全陶瓷基汽车刹车片，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。

本发明提供三个具体实施例，其具体配方组成(重量百分比)见表1，表中羟基磷灰石以HA表示。

表1

本发明提供的实施例1、2、3制备无树脂全陶瓷基汽车刹车片的具体工艺为：

第一步：配料

分别取粒度小于等于200目的羟基磷灰石、云母、重晶石、硫化锑、FeCr₂O₄；粒度小于等于20目的石墨颗粒；长度3.0～5.0mm，直径0.15±0.02mm，其中铜含量≥99％，抗拉强度12～24kg/mm的铜纤维；长度≤0.8mm，碳含量≥88％，灰分≤12％的碳纤维；纯度≥95％的针状晶体钛酸钾纤维。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5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12～18℃/min的升温速度加热至1100℃±10℃，保温、保压50～70min后，随炉冷却至室温，脱模，得到无树脂全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，加工成为无树脂全陶瓷基汽车刹车片。

按GB5763-98对本发明实施例1、2、3制备的无树脂全陶瓷基汽车刹车片及树脂基汽车刹车片进行了定速试验，试验结果见表2-4。

其中：

表2为实施例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

从表2-4可以看出，相对于传统刹车片，无树脂全陶瓷基汽车刹车片的摩擦系数从100℃到350℃变化较少，磨损量在250℃以前随温度的升高而增大，250℃以后磨损量随温度的升高反而有所降低，且总的磨损量较小，摩擦面上无油膜，浸水试验中锈蚀现象不明显；树脂基刹车片的摩擦系数在200℃之前随温度升高而升高，高温时衰退严重，磨损量随温度升高显著增加，并且摩擦面上出现一层油膜，对摩擦制动的稳定性产生不利影响。在定速试验中，无树脂全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。对比三种配方的新型刹车片，降低HA和铜纤维含量，刹车片的摩擦系数会略有下降，降低硫化锑含量，刹车片的磨损率会略有所高，所以适当调整各组分的含量，可以使产品满足多种领域、车型和用户的要求。

对实施例1、2、3制备的无树脂全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，高速和低速的效能差≤6％；衰退试验中，在试验温度700℃以内，没有出现明显的热衰退，最高摩擦系数为0.36，最低摩擦系数为0.31；在涉水试验中，最高摩擦系数为0.32。最低为0.28；总磨损量均小于等于0.34mm，摩擦片表面完整，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，高温稳定性更好，更适用于高速运行车辆的刹车制动，不仅克服了传统树脂基刹车片高温热衰退的问题，而且解决了传统树脂基刹车片存在的易锈蚀问题。无树脂全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 (6)

1.一种无树脂全陶瓷基汽车刹车片，按重量百分比，由以下组分组成：

羟基磷灰石    20～40，        云母          10～20，

铜纤维        10～30，        钛酸钾纤维    2～5，

碳纤维        3～5，          硫化锑        5～10，

石墨          5～10，         重晶石        2～10，

FeCr₂O₄       2～10。

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

羟基磷灰石    25～35，        云母          12～18，

铜纤维        15～25，        钛酸钾纤维    2～5，

碳纤维        3～5，          硫化锑        6～9，

石墨          6～9，          重晶石        4～8，

FeCr₂O₄       4～8。

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

羟基磷灰石    27～32，        云母          14～16，

铜纤维        18～22，        钛酸钾纤维    2～5，

碳纤维        3～5，          硫化锑        7～8，

石墨          7～8，          重晶石        5～7，

FeCr₂O₄       5～7。

4.制备如权利要求1、2、3任意一项所述一种无树脂全陶瓷基汽车刹车片的方法，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1050～1150，保温、保压50～70min后，随炉冷却至室温，脱模，得到无树脂全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，得到无树脂全陶瓷基汽车刹车片。

5.根据权利要求4所述的一种无树脂全陶瓷基汽车刹车片的制备方法，其特征在于：所述羟基磷灰石、云母、重晶石、硫化锑或FeCr₂O₄的粒度小于等于200；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％；所述钛酸钾纤维为针状晶体，纯度≥95％。

6.根据权利要求5所述的一种无树脂全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。