CN103511525B - 一种用于高速列车的碳陶制动闸片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于高速列车的碳陶制动闸片及其制备方法。本发明所述碳陶制动闸片由碳陶复合材料制成，所述碳陶复合材料以质量百分比计包括下述组分组成：碳纤维：16-30%；热解碳：20-36%；碳化硅：28-46%；二硅化钼：6-12%；单质硅：2-6%；所述碳陶复合材料的密度为1.8-2.4g/cm3；所述碳纤维以三维网状结构均匀分布于碳陶复合材料中。本发明将密度为0.20-0.65g/cm3的碳纤维毡高温热处理后通过热梯度化学气相沉积渗碳处理在碳纤维毡内生成热解碳，再通过催化石墨化处理、非浸泡式熔融浸渗、组装，得到高速列车用碳陶制动闸片。本发明制备工艺简单，所制备的材料摩擦系数适中、耐磨性好、制动平稳、环境适应性强，能满足时速达200Km/h以上的高速列车的制动要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种制动闸片及其制备方法，特别涉及一种用于高速列车的碳陶制动闸片及其制备方法。
背景技术
随着我国列车向高速发展趋势的加强，其消耗性零部件—制动闸片的研制成为国产化的关键技术之一。高速列车制动时，其动能绝大部分转变为热能，使得制动闸片和制动盘摩擦表面的温度高达500℃以上，局部闪点温度可达1000℃。因此，对高速列车制动闸片的要求越来越高。
目前高速列车制动主要使用树脂合成闸片和粉末冶金闸片，其中树脂合成闸片由于材质导热系数低，树脂容易发生碳化导致闸片开裂和失效，因而闸片热稳定性差，寿命短。粉末冶金闸片在制动过程中其周边易产生掉边掉角现象，磨损量大，制动力不足，摩擦系数低，制动距离长，并且制动时闸片的偏磨现象突出。为解决闸片掉边掉角的问题，有研究者将粉末冶金闸片摩擦块侧面包上钢质薄板或者钢质网带形成摩擦块的包边，但是这种结构减少了摩擦块的摩擦面积，造成同等速度和制动压力下摩擦块单位面积上吸收的能量更大，导致摩擦表面温度更高，增大了闸片和制动盘的磨损。因此，制备出能适合高速列车制动系统应用的摩擦系数适中、热稳定性高、耐磨性好、制动平稳和寿命长的新型制动闸片是当前研究工作者的当务之急。
碳纤维增强碳基和碳化硅基复合材料，即C/C-SiC复合材料(以下简称碳陶复合材料)，具有摩擦系数高且稳定，耐磨性、磨合性和导热性优良，使用负荷高等一系列优异性能，尤其是在环境适应性强，在雨水、油、酸碱和结冰等恶劣气候条件下摩擦性能衰减少，是二十世纪末发展起来的新一代高性能制动材料。
本申请人前期申请的“碳/碳-碳化硅复合材料刹车闸瓦闸片的制造方法”发明专利(专利号：ZL200710035176.0)主要对以短切碳纤维、碳化硅粉、石墨粉、工业硅粉和粘结剂为原材料，采用温压－原位反应法工艺制备的C/C-SiC摩擦材料的制备方法申请了专利保护，由于该方法采用短碳纤维为增强体，材料的力学性能较低，难以满足200Km/h及以上速度的高速列车的制动要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供摩擦系数适中、耐磨性好、制动平稳、环境适应性强，能满足时速达200Km/h以上的高速列车的制动要求的碳陶制动闸片及其制备方法，有效的解决了现有高速列车制动闸片存在的掉块、掉角、偏磨等问题。
本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片，所述碳陶制动闸片由碳陶复合材料制成，所述碳陶复合材料以质量百分比计包括下述组分组成：
碳纤维：16-30％；
热解碳：20-36％；
碳化硅：28-46％；
二硅化钼：6-12％。
本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片，所述碳陶制动闸片由碳陶复合材料制成，所述碳陶复合材料以质量百分比计包括下述组分组成：
碳纤维：16-30％；
热解碳：20-36％；
碳化硅：28-46％；
二硅化钼：6-12％；
单质硅：2-6％。
本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片，所述碳陶制动闸片中碳陶复合材料的密度为1.8-2.4g/cm3；所述碳纤维以三维网状结构均匀分布于碳陶复合材料中。
本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，包括下述步骤：
步骤一碳纤维毡的高温热处理
在保护气氛下，将密度为0.20-0.65g/cm3的碳纤维毡进行900-1600℃的高温热处理5小时以上；通过高温处理去除纤维束表面的有机胶，同时释放编织过程中产生的应力；
步骤二热梯度化学气相沉积渗碳处理
将高温热处理后的碳纤维毡放入气相沉积炉中，按碳源气体与稀释气体的摩尔比为1︰1-3持续通入碳源气体和稀释气体，并控制炉内气压为500-2000Pa，在900-1100℃进行热梯度化学气相沉积渗碳处理，直至得到密度为1.0-1.5g/cm3的C/C多孔体材料；
步骤三石墨化处理
在炉压为0.1-0.2Mpa的保护气氛下，将步骤二所得C/C多孔体材料加热至2000-2500℃，保温1-4小时，进行石墨化处理；
步骤四熔融浸渗Mo、Si
按碳陶摩擦块设计要求，将经石墨化处理的C/C多孔体材料加工成摩擦块，将摩擦块置于氩气气氛的容器中，上表面与Mo粉接触，底面与Si粉接触，于1400-1800℃进行非浸泡式熔融浸渗，得到密度为1.8-2.4g/cm3的碳陶摩擦块；所述Si粉的用量为摩擦块重量的1.0-1.8倍；所述Mo粉的用量为Si粉重量的5％-15％。实际操作过程中，考虑到施工的合理性，一般是先将摩擦块置于铺有Mo粉的容器中，然后下压摩擦块，使得Mo粉附着于摩擦块，然后将摩擦块旋转180°使得沉孔中的Mo粉自然脱落，得到上表面铺附有Mo粉的摩擦块，然后再将上表面铺附有Mo粉的摩擦块采用下表面接触Si粉的方式，将其置于铺有Si粉的容器中，这样就成功避免了反应前期Si、Mo的直接接触。
本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，步骤一中所述碳纤维毡是通过下述方法制备的：
将单层碳纤维0°无纬布、碳纤维胎网、碳纤维90°无纬布、碳纤维胎网依次循环叠加，然后采用倒钩针对叠加的单层碳纤维0°无纬布、碳纤维胎网、碳纤维90°无纬布、碳纤维胎网进行反复针刺制成密度为0.20-0.65g/cm3的碳纤维毡。
本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，步骤一中，高温处理的时间为5-20小时，高温处理时，控制压力为0.1-0.2Mpa。
本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，步骤二中，所述碳源气体选自甲烷、丙稀、丙烷、天然气中的至少一种；所述稀释气体选自氮气、氢气中的至少一种。
本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，步骤三中，石墨化处理前，先将步骤二所得C/C多孔体材料置于的催化剂溶液中浸泡30-50小时后脱水烘干，然后进行石墨化处理，所述催化剂溶液是体积百分浓度为5-15％的H3BO4或Fe(NO3)2·9H2O溶液；石墨化处理时，控制压力为0.1-0.2Mpa。
本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，步骤四中，所述Si粉的纯度≥99.0％、粒度为0.01-0.1mm，所述Mo粉的纯度≥99.9％，粒度为0.01-0.5mm。
本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，步骤四中，非浸泡式熔融浸渗时，控制时间为1-2小时。
本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，将步骤四所得的密度为1.8-2.4g/cm3的碳陶摩擦块的非摩擦面与钢背的一面进行冷铆接，钢背的另一面与燕尾焊接，得到碳陶制动闸片；所述非摩擦面为熔融浸渗时与Si粉接触的面；所述钢背与燕尾由45号钢板加工而成，表面电镀铜，铜镀层厚度为10～20μm。
本发明所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，所述保护气氛为氩气气氛或氮气气氛。
有益效果：
本发明在国内外首次将连续纤维增强碳陶摩擦材料应用于高速列车制动闸片，其1：1台架实验结果显示，在各种速度和压力下，摩擦系数高且稳定，离散度低，制动平稳，潮湿洒水条件对材料的摩擦磨损性能影响较少。
本发明严格控制碳陶复合材料的组成，碳纤维起增强作用、热解碳为润滑组元、碳化硅为摩擦组元、二硅化钼替代摩擦表面及次表面残留硅的存在而提高材料的耐磨性，组元之间的合理配比可以达到制动闸片力学性能和摩擦磨损性能优良匹配的效果。
本发明采用密度为0.20-0.65g/cm3的碳纤维毡做为增强体，由于增强体具有连续的特性，这使得其增强效果远高于短碳纤维，同时利用其连续性制成三维网状结构后，更利于减低磨损比，在具有三维网状结构的增强体上进行热梯度化学气相沉积渗碳处理时，可以使得所沉积的碳更加均匀的包覆在增强体上，这不仅避免了后续石墨化处理、熔融浸渗会损坏增强体的可能，而且还有利于提高碳陶复合材料的均匀性。
严格控制碳纤维毡的密度，一方面需要保证碳纤维毡发挥增强增韧作用；另一方面，碳纤维毡保留一定的开孔率，便于后续化学气相沉积工艺中碳原子的沉积，以及熔融浸渗过程中液硅通过毛细管力的作用渗透整个材料。
本发明严格控制高温处理的参数，是为了去除纤维束表面的有机胶和释放编织过程中产生的应力；所述纤维束表面的有机胶是由纤维束制备和/或编织时引入的。温度过低和/或处理时间过短则会导致应力释放不完全和除胶不完全；温度过高和/或处理时间过长则会导致碳纤维毡体膨松和尺寸变形，这都会影响到材料的最终性能；所以本发明将热处理温度控制在900-1600℃，热处理时间控制在5-20个小时。
本发明严格控制热梯度化学气相沉积渗碳处理的温度、压力、碳源气体与稀释气体的摩尔比，既可以使得渗碳增密效果均匀，不要多次重复渗碳，又可以保证热解碳的结构。因为化学气相沉积过程是一个非常复杂的过程，沉积得到的产物与碳源气体、沉积温度和沉积压力等密切相关，沉积产物包括炭黑、光滑层热解炭、粗糙层热解炭和各向同性热解炭等，技术参数不同，得到的产物也不同。本发明希望得到粗糙层热解炭，因为只有粗糙层热解炭才适合做摩擦材料，因此需要对其工艺参数进行严格控制。
控制C/C多孔体材料的密度为1.0-1.5g/cm3，使所生成的C/C多孔体材料的孔隙率在一个合适的范围内，便于后续的熔融浸渗，当C/C多孔体材料的密度低于1.0g/cm3时，会导致液硅与大量热解碳反应生成陶瓷基体，有时甚至会出现液硅与增强体反应，这些都会降低最终产品的冲击韧性和弯曲强度；当密度高于1.5g/cm3时，液硅不易进入多孔体内部，材料密度达不到要求，同时还会直接影响到最终产品中热解碳的含量。
本发明严格控制石墨化处理的温度为2000-2500℃、压力为0.1-0.2Mpa、处理时间为1-4小时，通过这些参数的控制可以提高沉积碳的石墨化度，降低沉积碳的硬度，更易形成摩擦膜，从而降低碳陶复合材料的磨损率。
本发明严格控制硅粉和钼粉的含量是为了控制碳陶复合材料中的陶瓷组元SiC和MoSi2的含量，当SiC和MoSi2的含量在合理范围内既可以保证材料具有优良耐磨性，又能保证材料的冲击韧性和弯曲强度；由于本发明按Mo粉/摩擦块/Si粉的顺序，将Mo粉平铺于摩擦块上表面后置于铺有Si粉的容器中，在氩气气氛下进行非浸泡式熔融浸渗，这就保证了熔融浸渗过程中，硅粉首先熔化通过毛细管力进入摩擦块中与热解碳迅速反应生成致密的细晶SiC层，生成的SiC层将热解碳和单质硅隔开，此时只能通过扩散来实现硅碳反应，所以反应非常缓慢，经过一段时间后，液硅由于毛细管力才能渗透整个摩擦块并到达上表面，与Mo粉开始反应生成硅钼化合物，硅钼化合物在重力和热扩散效应下往下渗透反应，最后与碳陶复合材料中摩擦表面及次表面残留的液硅全部反应生成二硅化钼，从而达到提高材料的耐磨性能的目的。实际操作过程中，熔融浸渗的容器一般为石墨罐，同时在石墨罐底部及内壁垫石墨纸，熔融浸渗时石墨纸及石墨罐的内壁会与一部分Si反应生成碳化硅，为了保证碳陶复合材料中的SiC和MoSi2的含量，硅粉的用量一般为摩擦块重量的1.0-1.8倍。
总之，本发明严格控制碳陶复合材料的组成，采用密度为0.20-0.65g/cm3的碳纤维毡做为增强体，通过对后续的高温处理、热梯度化学气相沉积渗碳处理、催化石墨化处理、非浸泡式熔融浸渗工艺的严格控制，从而使得所制备的碳陶制动闸片具有优异力学和摩擦性能。本发明不仅解决了现有粉末冶金制动闸片由于制动时摩擦表面温度过高而导致摩擦系数低，磨损量大和摩擦块掉角掉块等问题；同时解决了原有短碳纤维增强碳陶闸瓦力学性能较低的不足，显著提高了制动闸片的使用寿命，能满足时速达200Km/h及以上速度的高速列车的制动要求。
附图说明
附图1为实施例1所制备的碳陶制动闸片材料摩擦面的SEM照片；
附图2：为实施例1所用钢背的示意图；
附图3：为实施例1所制备产品的照片。
从图1可以看出，所制备的碳陶制动闸片材料的摩擦面包括二硅化钼(1)、碳化硅(2)、热解碳(3)、表面沉积有基体碳的碳纤维束(4)。
图2中A-A为钢背上的铆接孔的平剖面图。
从图3可以看出所制备成品正面与背面形貌。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例中，熔融浸渗前，先将摩擦块置于铺有Mo粉的容器中，然后下压摩擦块，使得Mo粉附着于摩擦块，然后将摩擦块旋转180°使得沉孔中的Mo粉自然脱落，得到上表面铺附有Mo粉的摩擦块，然后再将上表面铺附有Mo粉的摩擦块采用下表面接触Si粉的方式，将其置于铺有Si粉的石墨罐中，这样就成功避免了反应前期Si、Mo的直接接触；所述石墨罐底部及内壁垫石墨纸。
实施例中，碳陶摩擦块与钢背、燕尾连接是先碳陶摩擦块的非摩擦面与钢背的一面进行冷铆接，钢背的另一面与燕尾焊接，得到碳陶制动闸片；所述非摩擦面为熔融浸渗时与Si粉接触的面；所述钢背与燕尾由45号钢板加工而成，表面电镀铜，铜镀层厚度为10～20μm。
实施例1
(1)采用日本东丽公司(Toray)生产的PAN型T700(12K)碳纤维制成网胎和无纬布，将单层0°无纬布、网胎层、90°无纬布、网胎层依次循环叠加，然后采用接力式针刺的方法制成密度为0.52g/cm3的碳纤维毡；
(2)在氩气气氛下，将碳纤维毡进行1600℃的高温热处理20小时，高温热处理时控制压力为0.1Mpa；
(3)将热处理后的碳纤维毡放入沉积炉内，采用天然气为碳源气，氢气为稀释气，天然气与氢气的体积比为1︰3，采用热梯度化学气相沉积法在1000℃下沉积热解碳基体，沉积300小时后制得密度为1.32g/cm3的低密度C/C多孔体材料，沉积时，控制炉内压力为2000pa；
(4)将密度为1.32g/cm3的低密度C/C多孔体材料浸泡体积百分浓度为10％的Fe(NO3)2·9H2O溶液48小时后烘干，在氩气气氛下进行2200℃的催化石墨化处理2.5小时，催化石墨化处理时，控制压力为0.1Mpa；
(5)将催化石墨化处理后的C/C多孔体材料按制动闸片尺寸加工成多个摩擦块，摩擦块尺寸四周按闸片尺寸的负公差加工，厚度方向留出1mm的后续加工余量；并且在摩擦块上加工出与钢背铆钉连接的沉孔；
(6)取摩擦块重量1.0倍的硅粉,再按所取Si粉重量的15％配取Mo粉，所述硅粉纯度为99.3％、粒度为40μm，Mo粉纯度为99.9％，粒度为100μm；
(7)在0.1Mpa的氩气保护下，将加工后的摩擦块进行熔融浸渗，制得密度为2.12g/cm3的C/C-SiC摩擦块；熔渗温度为1400℃，保温2小时；检测C/C-SiC摩擦块的性能参数，见表1。由表1可知，C/C-SiC摩擦材料的力学性能满足高速列车用制动材料的技术指标要求。
(8)将制得的C/C-SiC摩擦块进行表面加工后，与钢背进行冷铆接，钢背采用45号钢板加工，加工后电镀铜，电镀层厚度为12μm；
(9)将铆接有C/C-SiC制动闸片的钢背，在钢背的另一面与电镀铜后的燕尾焊接，制得高速铁路用碳陶(C/C-SiC)制动闸片。
对采用C/C-SiC摩擦材料制造的CRH5型高速列车用碳陶制动闸片进行了动态模拟考核试验。试验结果表明，碳陶制动闸片的各项性能均符合CRH5型高速列车制动要求。采用扫描电镜观测所制备的碳陶制动闸片材料摩擦面，所得观测图如图1所示。
表1
实施例2：
(1)采用日本东丽公司(Toray)生产的PAN型T700(12K)碳纤维制成网胎和无纬布，将单层0°无纬布、网胎层、90°无纬布、网胎层依次循环叠加，然后采用接力式针刺的方法制成密度为0.55g/cm3的碳纤维毡；
(2)在氮气气氛下，将碳纤维毡进行1600℃的高温热处理18小时，高温热处理时控制压力为0.12Mpa；
(3)将热处理后的碳纤维毡放入沉积炉内，采用丙稀为碳源气，氢气为稀释气，丙稀与氢气的体积比为1︰2，采用热梯度化学气相沉积法在1100℃下沉积热解碳基体，沉积380小时后制得密度为1.43g/cm3的C/C多孔体材料，沉积时，控制炉内压力为1500pa；
(4)将密度为1.43g/cm3的C/C多孔体材料浸泡体积百分浓度为15％的Fe(NO3)2·9H2O溶液48小时后烘干，在氩气气氛下进行2200℃的催化石墨化处理4小时，催化石墨化处理时，控制压力为0.12Mpa；
(5)将催化石墨化处理后的C/C多孔体材料按制动闸片尺寸加工成多个摩擦块，摩擦块尺寸四周按闸片尺寸的负公差加工，厚度方向留出1mm的后续加工余量；并且在摩擦块上加工出与钢背铆钉连接的沉孔；
(6)取摩擦块重量1.8倍的硅粉,再按所取Si粉重量的5％配取Mo粉，，所述硅粉纯度为99.3％、粒度为40μm，Mo粉纯度为99.99％，粒度为100μm；
(7)在0.15Mpa的氩气保护下，将加工后的摩擦块进行熔融浸渗，制得密度为2.08g/cm3的C/C-SiC摩擦块；熔渗温度为1500℃，保温1.5小时；检测C/C-SiC摩擦块的性能参数，见表2；
(8)将制得的C/C-SiC摩擦块进行表面加工后，与钢背进行冷铆接，钢背采用45号钢板加工，加工后电镀铜，电镀层厚度为12μm；
(9)将铆接有C/C-SiC制动闸片的钢背，在钢背的另一面与采用45号钢板加工、电镀铜后的燕尾焊接，制得高速铁路用碳陶(C/C-SiC)制动闸片。
在MM-1000型摩擦磨损试验机上进行模拟制动试验，对偶件为30CrMoSiVA合金钢。C/C-SiC摩擦试环尺寸：外径为75mm，内径为53mm，厚度为15mm。测试参数为：制动比压1.00Mpa、转动惯量：2.5kg·cm·s、制动压力0.50～0.55Mpa、转速为5000～7500rpm、每个速度下制动20次。用精确至0.01mm的螺旋测微器测量试环上5点处摩擦前后的尺寸变化，取平均值得到线性磨损率。摩擦系数、平均功率、制动能量等由试验机直接记录。制动试验如附表3所示。
表2
表3
实施例3：
(1)采用大连兴科碳纤维有限公司生产的PAN型XK-12-1(12K)碳纤维制成网胎和无纬布，将单层0°无纬布、网胎层、90°无纬布、网胎层依次循环叠加，然后采用接力式针刺的方法制成密度为0.20g/cm3的碳纤维毡；
(2)在氮气气氛下，将碳纤维毡进行1600℃的高温热处理5小时，高温热处理时控制压力为0.2Mpa；
(3)将热处理后的碳纤维毡放入沉积炉内，采用天然气为碳源气，氢气为稀释气，天然气与氢气的体积比为1︰1，采用热梯度化学气相沉积法在1100℃下沉积热解碳基体，沉积220小时后制得密度为1.0g/cm3的低密度C/C多孔体材料，沉积时，控制炉内压力为500pa；
(4)将所得密度为1.0g/cm3的C/C多孔体材料置于的催化剂溶液中浸泡30小时后脱水烘干，然后在氮气气氛下，将浸有催化剂的C/C多孔体材料进行2000℃的催化石墨化处理4小时，催化石墨化处理时，控制压力为0.2Mpa；所述催化剂溶液是体积百分浓度为15％的Fe(NO3)2·9H2O溶液；
(5)将催化石墨化处理后的C/C多孔体材料按制动闸片尺寸加工成多个摩擦块，摩擦块尺寸四周按闸片尺寸的负公差加工，厚度方向留出1mm的后续加工余量；并且在摩擦块上加工出与钢背铆钉连接的沉孔；
(6)取摩擦块重量1.2倍的硅粉,再按所取Si粉重量的15％配取Mo粉，所述硅粉纯度为99.3％、粒度为10μm，Mo粉纯度为99.95％，粒度为10μm；
(7)在0.2Mpa的氩气保护下，将加工后的摩擦块进行熔融浸渗，制得密度为2.4g/cm3的C/C-SiC摩擦块；熔渗温度为1800℃，保温1.0小时；；
(8)将制得的C/C-SiC摩擦块进行表面加工后，与钢背进行冷铆接，钢背采用45号钢板加工，加工后电镀铜，电镀层厚度为10μm；
(9)将铆接有C/C-SiC制动闸片的钢背，在钢背的另一面与电镀铜后的燕尾焊接，制得高速铁路用碳陶(C/C-SiC)制动闸片。
实施例4：
(1)采用大连兴科碳纤维有限公司生产的PAN型XK-24-1(24K)碳纤维制成网胎和无纬布，将单层0°无纬布、网胎层、90°无纬布、网胎层依次循环叠加，然后采用接力式针刺的方法制成密度为0.65g/cm3的碳纤维毡；
(2)在氮气气氛下，将碳纤维毡进行900℃的高温热处理10小时，高温热处理时控制压力为0.15Mpa；
(3)将热处理后的碳纤维毡放入沉积炉内，采用甲烷和丙烷为碳源气，氢气为稀释气，甲烷、丙烷、氢气的体积比为0.5:0.5︰2，采用热梯度化学气相沉积法在900℃下沉积热解碳基体，沉积265小时后制得密度为1.2g/cm3的低密度C/C多孔体材料，沉积时，控制炉内压力为900pa；
(4)将所得密度为1.2g/cm3的C/C多孔体材料置于的催化剂溶液中浸泡50小时后脱水烘干，然后在氮气气氛下，将浸有催化剂的C/C多孔体材料进行2500℃的催化石墨化处理1小时，催化石墨化处理时，控制压力为0.15Mpa；所述催化剂溶液是体积百分浓度为5％的H3BO4溶液；
(5)将催化石墨化处理后的C/C多孔体材料按制动闸片尺寸加工成多个摩擦块，摩擦块尺寸四周按闸片尺寸的负公差加工，厚度方向留出1mm的后续加工余量；并且在摩擦块上加工出与钢背铆钉连接的沉孔；
(6)取摩擦块重量1.5倍的硅粉,再按所取Si粉重量的10％配取Mo粉，所述硅粉纯度为99.2％、粒度为100μm，Mo粉纯度为99.9％，粒度为500μm；
(7)在0.2Mpa的氩气保护下，将加工后的摩擦块进行熔融浸渗，制得密度为2.28g/cm3的C/C-SiC摩擦块；熔渗温度为1550℃，保温2小时；
(8)将制得的C/C-SiC摩擦块进行表面加工后，与钢背进行冷铆接，钢背采用45号钢板加工，加工后电镀铜，电镀层厚度为20μm；
(9)将铆接有C/C-SiC制动闸片的钢背，在钢背的另一面与电镀铜后的燕尾焊接，制得高速铁路用碳陶(C/C-SiC)制动闸片。
上述实施例中碳陶制动闸片摩擦块的个数、形状、各种通孔的数量以及钢背、燕尾所采用的钢材型号等仅是本发明的一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于高速列车的碳陶制动闸片，其特征在于：所述碳陶制动闸片由碳陶复合材料制成，所述碳陶复合材料以质量百分比计包括下述组分组成：
碳纤维：16-30％；
热解碳：20-36％；
碳化硅：28-46％；
二硅化钼：6-12％。
2.根据权利要求1所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片，其特征在于：所述碳陶制动闸片由碳陶复合材料制成，所述碳陶复合材料以质量百分比计包括下述组分组成：
碳纤维：16-30％；
热解碳：20-36％；
碳化硅：28-46％；
二硅化钼：6-12％；
单质硅：2-6％。
3.根据权利要求1或2所述的用于高速列车的碳陶制动闸片，其特征在于：所述碳陶制动闸片中碳陶复合材料的密度为1.8-2.4g/cm3；所述碳纤维以三维网状结构均匀分布于碳陶复合材料中。
4.一种制备如权利要求3所述的用于高速列车的碳陶制动闸片的方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤一碳纤维毡的高温热处理
在保护气氛下，将密度为0.20-0.65g/cm3的碳纤维毡进行900-1600℃的高温热处理5小时以上；
步骤二热梯度化学气相沉积渗碳处理
将高温热处理后的碳纤维毡放入气相沉积炉中，按碳源气体与稀释气体的摩尔比为1︰1-3持续通入碳源气体和稀释气体，并控制炉内气压为500-2000Pa，在900-1100℃进行热梯度化学气相沉积处理，直至得到密度为1.0-1.5g/cm3的C/C多孔体材料；
步骤三石墨化处理
在炉压为0.1-0.2Mpa的保护气氛下，将步骤二所得C/C多孔体材料加热至2000-2500℃，保温1-4小时，进行石墨化处理；
步骤四熔融浸渗Mo、Si
按碳陶摩擦块设计要求，将经石墨化处理的C/C多孔体材料加工成摩擦块，将摩擦块置于氩气气氛的容器中，上表面与Mo粉接触，底面与Si粉接触，于1400-1800℃进行非浸泡式熔融浸渗，得到密度为1.8-2.4g/cm3的碳陶摩擦块；所述Si粉的用量为摩擦块重量的1.0-1.8倍；所述Mo粉的用量为Si粉重量的5％-15％。
5.根据权利要求4所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，其特征在于：
步骤一中所述碳纤维毡是通过下述方法制备的：
将单层碳纤维0°无纬布、碳纤维胎网、碳纤维90°无纬布、碳纤维胎网依次循环叠加，然后采用倒钩针对叠加的单层碳纤维0°无 纬布、碳纤维胎网、碳纤维90°无纬布、碳纤维胎网进行反复针刺制成密度为0.20-0.65g/cm3的碳纤维毡。
6.根据权利要求4所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，其特征在于：步骤一中，高温处理的时间为5-20小时，高温处理时，控制压力为0.1-0.2Mpa。
7.根据权利要求4所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述碳源气体选自甲烷、丙稀、丙烷、天然气中的至少一种；所述稀释气体选自氮气、氢气中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，其特征在于：步骤三中，石墨化处理前，先将步骤二所得C/C多孔体材料置于催化剂溶液中浸泡30-50小时后脱水烘干，然后进行石墨化处理，所述催化剂溶液是体积百分浓度为5-15％的H3BO4或Fe(NO3)2·9H2O溶液。
9.根据权利要求4所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，其特征在于：步骤四中，所述Si粉的纯度≥99.0％、粒度为0.01-0.1mm，所述Mo粉的纯度≥99.9％，粒度为0.01-0.5mm。
10.根据权利要求4所述的一种用于高速列车的碳陶制动闸片的制备方法，其特征在于：将步骤四所得的密度为1.8-2.4g/cm3的碳陶摩擦块的非摩擦面与钢背的一面进行冷铆接，钢背的另一面与燕尾焊接，得到碳陶制动闸片；所述非摩擦面为熔融浸渗时与Si粉接触的面；所述钢背与燕尾由45号钢板加工而成，表面电镀铜，铜镀层厚度为 10～20μm。
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