CN103939509A - 一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副及其制备方法 - Google Patents
一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103939509A CN103939509A CN201410162002.0A CN201410162002A CN103939509A CN 103939509 A CN103939509 A CN 103939509A CN 201410162002 A CN201410162002 A CN 201410162002A CN 103939509 A CN103939509 A CN 103939509A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sic
- silicon carbide
- brake disc
- carbide ceramics
- brake
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副及其制备方法，属于摩擦副制造技术领域。现有技术存在生产工艺复杂、导热差、寿命短缺陷。本发明的摩擦面嵌有网络碳化硅陶瓷骨架，另一侧圆周方向上设有若干散热筋，散热筋的中部设有贯穿制动盘的通风槽，Cu/Sic闸片的摩擦面嵌有网络碳化硅陶瓷骨架，另一侧有网格状散热片；本发明的制造步骤：网络碳化硅陶瓷骨架制备→骨架预处理→制动盘、闸片铸造模具的设计与制作→制动盘、闸片低压铸造→制动盘、闸片热处理→制动盘、闸片精密加工→成品入库。本发明的制作工艺简单、质量轻、摩擦系数高而稳定、导热性好、寿命长，适用于现有轨道车辆。
Description
技术领域
本发明属于摩擦副制造技术领域，尤其与一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副及其制备方法有关。
背景技术
轻量化是高速列车的关键技术之一。随着我国高速铁路的快速发展，列车时速或超过380km/h，因此对制动盘和闸片的性能提出了更加严格的要求。陶瓷增强金属基复合材料，特别是网络结构的碳化硅陶瓷增强铝基、铜基复合材料用于高速列车的摩擦副，可显著减少簧下重量、实现轻量化。碳化硅陶瓷具有高模量、高耐磨、高强度和低密度等优异性能，金属材料具有良好的韧性，将碳化硅制成网络陶瓷，再和金属进行复合，制成的双联通金属陶瓷复合材料既可以在三维方向上发挥碳化硅陶瓷的高硬度、高耐磨、高耐热，又可以充分发挥金属材料的高韧性、良好的导热性等优点，因此是一种理想的摩擦副材料。制动盘的摩擦面采用Al/Sic复合材料，在制动过程中碳化硅陶瓷形成硬的微突体起到承载作用，抑制了铝合金的塑性变形和高温软化，可显著提高复合材料的高温摩擦性能。即使摩擦热产生的高温使得铝发生软化，甚至熔化，由于网孔中的铝受到骨架的限制，在剪切力的作用下铝基体也难以产生严重的粘着磨损，从而避免了粘结。闸片的摩擦面采用Cu/Sic复合材料，避免了发生在传统的碳化硅陶瓷颗粒增强金属基复合材料上的裂纹易扩展，明显的掉粉、甚至是较大面积掉块、剥落的现象，并解决了传统金属基复合材料存在的各向异性的弊端。
目前，网络陶瓷增强金属基复合材料的制备方法很复杂，例如本发明人的中国专利ZL200510046691.x“网络陶瓷—金属摩擦复合材料的真空气压铸造方法”就很难实现大试样的制备。中国专利“一种轴装式碳化硅颗粒增强铝基复合材料制动盘”(专利号:CN200510086696)，与本发明专利采用网络陶瓷骨架为增强相明显不同的是，其采用的是碳化硅颗粒作为增强相，故在高速重载条件下，铝基体容易软化，碳化硅颗粒还易剥落，不适合作为高铁制动盘材料。而发明专利“一种低压铸造制备高铁整体闸片”(专利号:ZL201220451047.6)，“一种新型高速列车用强散热制动盘”(专利号:ZL201220450881.3)，“一种用于高速列车的金属陶瓷复合材料制动盘”(专利号:201210394997.4)，和“一种用于高速列车的陶瓷金属复合材料闸片及其制备方法”(专利号:201310010792.6)，均为本发明人申请的专利，涉及摩擦副的外观，联体柱状陶瓷块增强金属基复合材料摩擦副及其制备方法。不涉及本专利的低压铸造技术和网络碳化硅陶瓷增强金属基复合材料技术。我们知道，低压铸造时液体是由铸型底部向铸型顶部流动，保证液体平稳上升和气体顺畅外排，且低压铸造的补缩方向又与重力铸造补缩相反，压力由下向上，底部压力大于顶部压力，合金温度上低下高，铸件从最远端开始凝固，逐步向下到底部浇注系统，最后到升液管，符合顺序凝固次序。因而低压铸造非常有利于铸件补缩，能生产出优质铸件。同时，加压凝固能够强化合金结晶期间补缩能力，从而提高铸件致密度。因此，本发明专利提出的低压铸造工艺可低成本实现大尺寸摩擦副的制备。
制备出能耐高温的铝基复合摩擦材料，再结合制动盘结构的优化设计--改变制动盘自身结构的约束和释放装配机械约束，可以发挥制动盘材料的最佳性能。众所周知，制动盘温度的不均匀分布是导致制动盘产生热应力的根本原因,这也是导致制动盘产生热裂纹的根本原因。本发明专利提出了以下几种途径来均匀化制动盘的温度:①增加散热筋数量和加大散热筋的截面尺寸，可以使制动盘的整体温度下降；②增加制动盘连接柱的数量，减小内侧圆柱散热筋和连接柱的体积差别，此种方法虽会增加制动盘的体积，但热应力下降明显。对于采用铝基复合材料的本发明专利来讲，相比钢制动盘减重仍在50%以上；③制动盘材料的径向不均匀分布，如摩擦面的内外厚度不同，内侧厚度小而外侧厚度大，这可以实现制动盘整体温度的均匀化；④采用盘体通透的通风槽结构，可以利用风流带走大量的热量。
以本发明专利所述方法制作的、外径670mm的网络碳化硅陶瓷增强铝合金（Al/Sic）轴装制动盘，与网络碳化硅陶瓷增强铜合金（Cu/Sic）闸片组成的摩擦副，进行了1:1台架实验。测试数据表明：在380km/h紧急制动时，一个Al/Sic制动盘吸收总能量约为24MJ，经过通风盘散热～12MJ，而制动盘吸收热能～10MJ，闸片吸收动能转化的热能～2MJ，摩擦表面最高温度520℃，温度梯度均匀，热疲劳裂纹＜0.003mm，摩擦表面无粘结，平均摩擦系数0.35，刹车距离＜8000m，制动平稳，噪音低。对摩擦表面的扫描电镜观测表明，Al/Sic制动盘在摩擦时发生剥离磨损产生的细小磨屑为纳米颗粒，能填充陶瓷增强体和金属基体间的缺陷。这些纳米磨屑微粒还具有较高的扩散能力和自扩散能力，容易在摩擦表面形成具有极佳抗磨性能的渗透层或扩散层，该扩散层具有自修复能力，可根据摩擦力大小和摩擦副的间隙来自动调整、修复摩擦层，使摩擦副间隙最佳化。因此可显著改善摩擦表面的物理化学性能，大幅度延长制动盘的使用寿命，可满足时速≥380km/h高速列车使用。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的生产工艺复杂、制造周期长、摩擦副质量大、导热性差、抗热疲劳性能差、寿命短等缺陷，提供一种生产工艺简单、制作周期短、摩擦副质量小、导热性能好、寿命长的用于轨道车辆的强散热型摩擦副及其制备方法。
为此，本发明采用以下技术方案：一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副，包括Al/Sic制动盘、Cu/Sic闸片，闸片通过背板连接到轨道车辆的制动夹钳上，制动盘的盘体安装在轨道车辆的轮毂或车轮上，闸片的摩擦面抵靠在制动盘的摩擦面上，其特征在于：所述制动盘的摩擦面上嵌有网络碳化硅陶瓷骨架，所述制动盘另一面的圆周方向上设有若干散热筋，散热筋的中部设有贯穿所述制动盘的通风槽；所述闸片包括嵌有网络碳化硅陶瓷骨架的摩擦面、散热片和基体组成，若干散热片成网状分设在基体上构成若干个网络状内腔。
一种制造上述用于轨道车辆的强散热型金属/碳化硅复合材料摩擦副的方法，具体步骤如下：
步骤1:网络碳化硅陶瓷骨架的制备:采用模板注浆法、前驱体浸渍法、凝胶-注模法、发泡法、三维打印法等成形方式，将按照一定比例配好的碳化硅浆料，制备成碳化硅陶瓷素坯烘干、修整外形、烧结，获得网络碳化硅陶瓷骨架。考虑到碳化硅陶瓷素坯在烧结时有收缩，严格按照收缩率来制备体积略大的碳化硅陶瓷素坯以获得确定尺寸的网络碳化硅陶瓷骨架。优选的方案为：碳化硅陶瓷骨架的气孔率50%，网孔平均直径2.5mm，网络碳化硅陶瓷中碳化硅所占质量百分比～97%，密度～3.0g/cm3，维氏硬度(HVS)～23Gpa，抗折强度～15MPa，抗压强度～20MPa，热传导率～130W/(Mk)。
步骤2:网络碳化硅陶瓷骨架的表面预处理:①制备多壁碳纳米管水溶液：将多壁碳纳米管、分散剂、蒸馏水和粘结剂经高剪切分散和研磨处理后，得到多壁碳纳米管的水溶液。该多壁碳纳米管水溶液具有碳纳米管不易沉降，储存稳定性好等优点。优选方案：多壁碳纳米管选用工业级，外径＞50nm，长度10-20um，纯度＞90。②采用表面活性剂对网络碳化硅陶瓷骨架进行表面活化处理。③在碳化硅陶瓷骨架的表面用喷涂或喷淋工艺覆盖上述多壁碳纳米管水溶液并烘干。
步骤3:制动盘及其铸造模具的设计、制作：所述的Al/Sic制动盘的盘体具有7mm厚的复合材料摩擦层，盘体的另一面铸造有多个带有通风槽的板条状散热筋和凸台。优选方案：板条状散热筋的长边长度60mm，短边长度16mm，通风槽宽度6mm；该板状散热筋在盘体的圆周方向间隔15°均匀分布。盘体上均匀分布有若干个安装孔，该安装孔穿过凸台。所述凸台在圆周方向间隔30°均匀分布于盘体上。板状散热筋和凸台的底部与盘体的内侧面之间均采用圆弧面过渡，圆角半径为20～40mm。所述散热筋、通风槽和凸台的侧面均具有拔模斜度。为了防止网络陶瓷骨架在铸造过程中漂移，加了一套顶杆装置，压紧陶瓷骨架。
步骤4:制动盘的低压铸造:将网络碳化硅陶瓷骨架按照设计要求固定在钢制模具的铸腔内，将铝合金熔化、精炼后倒入低压铸造机的熔池式保温炉内，在模具温度200～500℃，铝合金熔液温度650～750℃时开始低压铸造；升液阶段，加压时间1～12秒；充型阶段，金属液面上升速度1～10mm/s，充型的铝合金熔液重量为1～10kg/s，充型时间2～20秒，充型增压速度为0.004～0.030MPa/s；增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.010～0.035MPa，保压时间5～60秒；保压凝固阶段，时间为20～300秒；从而将网络碳化硅陶瓷骨架与铝合金复合为一体获得Al/Sic制动盘。
步骤5:制动盘的热处理和表面处理：采用T61，T6等热处理工艺对Al/Sic制动盘进行热处理。采用阳极氧化对Al/Sic制动盘的表面进行表面处理。
步骤6:制动盘的精密加工:所述的Al/Sic制动盘的表面粗糙度要达到Ra3.2以上，摩擦面经过磨削、抛光后可见均匀分布的碳化硅骨架，盘环、盘毂以及连接座的平面要和其回转中心垂直，垂直度小于0.05mm，经过探伤检测无裂纹，满足动平衡。
步骤7:闸片的铸造:将网络碳化硅陶瓷骨架按照设计要求固定在钢制模具的铸腔内，在模具温度200～500℃，铜合金熔液浇注温度1100～1300℃时开始低压铸造；升液阶段，加压时间1～12秒；充型阶段，金属液面上升速度1～10mm/s，充型的铜合金熔液重量为0.3～3kg/s，充型时间2～20秒，充型增压速度为0.004～0.030MPa/s；增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.010～0.050MPa，保压时间5～60秒；保压凝固阶段，时间为10～200秒；将网络陶瓷骨架与铜合金复合为一体获得闸片，将闸片去应力退火处理后，再进行外形精密加工，闸片的摩擦面经过磨削、抛光后可见均匀分布的碳化硅骨架。
步骤8:成品入库:将所述的制动盘与闸片逐个检验，分别包装、入库。
与现有技术相比，本发明可以达到以下有益效果：
（1）采用本专利的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副能显著减轻列车簧下重量，与钢制动盘相比，减重超过50%，极大地降低牵引功率耗损。
（2）采用本专利不但方便实现大尺寸网络陶瓷骨架增强金属复合材料的工程化制备，而且低压铸造中的加压凝固过程能够强化合金在结晶期间的补缩能力，极大提高了铸件致密度，保证了网络陶瓷骨架增强金属复合材料宏观结构和微观显微结构的均匀性。低压铸造工艺可实现大型铝合金制动盘铸件的连续生产，生产周期短，极大降低了生产成本。
（3）制动盘的摩擦面采用Al/Sic复合材料，在制动过程中碳化硅陶瓷骨架形成硬的微突起并起到承载作用，抑制了基体铝合金的塑性变形和高温软化。
（4）碳化硅陶瓷骨架表面覆盖的碳层作为润滑组元可起到调整摩擦系数，减少噪音之作用。长期服役过程中在制动盘的摩擦表面会形成一个坚固稳定的摩擦机械层，可显著提高复合材料的高温摩擦性能，提高摩擦副使用寿命。
（5）三维网络陶瓷/金属复合材料，避免了发生在传统的陶瓷颗粒增强金属基复合材料上的裂纹易扩展，明显的掉粉、甚至是较大面积剥落、掉块的现象，解决了传统金属基复合材料存在的各向异性的缺陷。
（6）采用本专利设计的强散热型制动盘和闸片，充分利用了铝合金导热性好的优势，摩擦副在制动时产生的摩擦热大部分被制动盘上的通风槽带走，同时闸片背面的散热片也增大了散热效率，减少了摩擦副的变形量，获得更好的耐磨性和抗热衰退能力。以本发明专利所述方法制作的、外径670mm网络碳化硅陶瓷增强铝合金（Al/Sic）轴装制动盘，与网络碳化硅陶瓷增强铜合金（Cu/Sic）闸片组成的摩擦副，进行了1:1台架实验。测试数据表明，在380km/h紧急制动时，摩擦表面最高温度～520℃，温度梯度小，摩擦表面无粘结，平均摩擦系数～0.35，刹车距离7800米，制动平稳，噪音低，磨损率低，完全满足时速≥380km/h高速列车安全。
附图说明
图1-1是本发明的摩擦副的正视结构图。
图1-2是本发明的闸片的正视结构图。
图2是利用模板注浆法制备400mm×400mm的网络碳化硅陶瓷骨架照片。
图3是切割成需要形状的网络碳化硅陶瓷骨架照片。
图4是网络碳化硅陶瓷骨架的表面纳米碳管的显微结构照片。
图5是放置了骨架的铸造模具的上、下模。
图6是低压铸造铝合金复合材料制动盘工艺。
图7是加工后的网络碳化硅陶瓷骨架增强铝基分体式轴装制动盘照片。
图8是T6热处理后网络碳化硅陶瓷和铝合金界面的显微结构。
图9是低压铸造铜合金复合材料闸片工艺。
图10是网络碳化硅陶瓷骨架增强铜基复合材料的高速列车闸片照片。
图11是经过380km/h实施紧急制动后的制动盘的照片。
图12是经过380km/h实施紧急制动后的制动盘摩擦面的扫描电镜照片。
图13是经过380km/h实施紧急制动后的闸片摩擦面的扫描电镜照片。
图14是经过380km/h实施紧急制动后的摩擦曲线。
图15是本发明中的第二种实施方式的制动盘结构示意图。
图16是本发明中的第三种实施方式的制动盘结构示意图。
图17是本发明中的第四种实施方式的制动盘结构示意图。
图18是本发明中的第五种实施方式的制动盘结构示意图。
图19是本发明中的第六种实施方式的制动盘结构示意图。
图20网络碳化硅陶瓷增强铜基复合材料切割成六边形等形状的小摩擦块示意图。
图21是本发明中的第七种实施方式的制动盘照片。
具体实施方式
下面结合附图的图1～图21对本发明的具体实施方式进行详细描述。
如图1-1和图1-2所示，本发明包括Al/Sic制动盘3和Cu/Sic闸片7，Cu/Sic闸片7通过背板2连接到轨道车辆的制动夹钳上，Al/Sic制动盘3通过安装孔5固装在轨道车辆的轮毂或车轮上，Cu/Sic闸片7的摩擦面抵靠在Al/Sic制动盘3的摩擦面上；Al/Sic制动盘3的摩擦面嵌有网络碳化硅陶瓷骨架9，Al/Sic制动盘3另一侧面的圆周方向上设有若干散热筋4，散热筋4的中部设有贯穿Al/Sic制动盘3的通风槽6；Cu/Sic闸片7的摩擦面嵌有网络碳化硅陶瓷骨架10，背面由散热片8和基体1组成。
实施例1
网络碳化硅陶瓷骨架增强ZL111铝基分体式轴装制动盘/铝青铜闸片的摩擦副
步骤1:网络碳化硅陶瓷骨架的制备:采用前驱体浸渍法将按照一定比例配好的碳化硅浆料，制备成碳化硅陶瓷素坯并烘干。采用无压烧结方法，将碳化硅陶瓷素坯放入烧结炉内，在温度1950～2200℃，保温0.5～3小时，得到长度为400mm，宽度为400mm，厚度为7～15mm的网络碳化硅陶瓷块，网络碳化硅陶瓷块的照片见附图2。将其切割成需要形状的网络碳化硅陶瓷骨架作为制动盘和闸片的增强体见附图3。网络碳化硅陶瓷的气孔率40%，网孔直径1.5～4mm，网络陶瓷中碳化硅所占质量百分比97%，其余为碳化硼，碳，或二硼化钛,或Ti3SiC2，陶瓷骨架的密度2.9～3.1/cm3，维氏硬度(HVS)25GPa，抗折强度0.5～15MPa，抗压强度1.5～20MPa，热传导率80～100W/mK。
步骤2:碳化硅网络陶瓷骨架的预处理:将烧结后的碳化硅网络陶瓷骨架进行清洗。用喷涂工艺将购于深圳纳米港公司的多壁纳米碳管为原料制备的纳米碳管水溶液覆盖到骨架的表面，待自然晾干后置于箱式炉中，在100～150℃保温30～60min，获得干燥的纳米碳管层。碳层厚度为100μm，见附图4。
步骤3:制动盘及其铸造模具的设计：Al/Sic盘体具有7mm厚复合材料摩擦层，盘体的另一面一体铸造有多个板状散热筋和凸台，板状散热筋的长边长度60mm，短边长度16mm。在圆周方向间隔15°均匀分布于盘体的内侧面上。散热筋上具有通透的通风槽，通风槽宽度6mm。盘体上均匀分布有若干安装孔。安装孔穿过凸台。所述凸台在圆周方向间隔30°均匀分布于盘体的内侧面上。板状散热筋和凸台的底部与盘体的内侧面之间均采用圆弧面过渡，圆角半径为20～40mm。所述散热筋，通风槽和凸台的侧面均具有拔模斜度。为了防止网络陶瓷骨架在铸造过程中漂移，加入了一套顶杆装置，用于将陶瓷骨架固定在钢制模具的模腔内。放置了骨架的铸造模具的下模见附图5（a），铸造模具的上模见附图5（b）。
步骤4:制动盘的低压铸造:将网络碳化硅陶瓷骨架按照设计要求固定在铸腔内，在模具温度200℃，铝合金(ZL111，即ZAlSi9Cu2Mg，合金成分重量百分比Si8.0～10.0，Cu1.3～1.8，Mg0.4～0.6，Mn0.10～0.35，Ti0.10～0.35，余量为Al)熔液温度700～750℃时开始低压铸造。在升液阶段，加压时间2秒。在充型阶段，金属液面上升速度10mm/s，充型重量为10kg/s，充型时间3秒，充型增压速度为0.030MPa/s。在增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.035MPa，保压时间20秒。在保压凝固阶段，时间为300秒。低压铸造铝合金复合材料制动盘工艺见附图6。将网络碳化硅陶瓷骨架与铝合金复合为一体获得制动盘。网络碳化硅陶瓷占铝合金复合材料的体积百分比为10～50vol.%，占制动盘总体积的百分比为5～40vol.%。作为优化制动盘显微结构的工艺之一，可在铝合金熔液中加入质量百分比0.1%～5%的过渡族元素和稀土元素来提高碳化硅与铝合金的界面强度。作为提高制动盘延伸率和抗拉强度的优化工艺之二，还可以采用纳米碳管和石墨烯等一维，二维的碳材料强化，所述纳米碳管和石墨烯平均粒径为20～100nm。附图7为加工后的网络碳化硅陶瓷骨架增强ZL111铝基分体式轴装制动盘照片。
步骤5:制动盘的热处理:所述的制动盘采用T6热处理工艺，热处理后，铝基抗拉强度达到355MPa，300℃时，抗拉强度300MPa。附图8为T6热处理后网络碳化硅陶瓷和ZL111铝合金界面的显微结构照片。
步骤6:制动盘的精密加工:所述的制动盘盘环表面粗糙度要达到Ra3.2以上，盘环、盘毂以及连接座的平面要和其回转中心垂直，垂直度小于0.05mm，经过探伤检测无裂纹，满足动平衡。
步骤7:闸片的低压铸造:将网络碳化硅陶瓷骨架按照设计要求固定在铸腔内，在模具温度500℃，铜合金(铝青铜，牌号QAL9-4，合金成分为Al8.0-10.0，Zn1.0，Mn＜0.5，Fe2.0-4.0，其余为Cu)熔液温度为1100℃时开始低压铸造。在升液阶段，加压时间3秒。在充型阶段，金属液面上升速度1mm/s，充型重量为0.3kg/s，充型时间20秒，充型增压速度为0.004MPa/s。在增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.010MPa，保压时间20秒。在保压凝固阶段，时间200秒。低压铸造铜合金复合闸片工艺见附图9。将网络陶瓷骨架与铜合金复合为一体获得闸片，闸片进行外形精密加工。碳化硅陶瓷占铜合金复合材料的体积百分比为10～50vol.%，占铜闸片总体积的百分比为5～40vol.%。附图10是网络碳化硅陶瓷骨架增强铜基复合材料的高速列车闸片照片。
步骤8:成品入库：将所述的制动盘与闸片逐个检验，分别包装、入库。
经过测试，网络陶瓷增强铝合金制动盘与网络陶瓷增强铜合金闸片组成的摩擦副在时速380km/h实施紧急制动后，制动盘摩擦面最高温度为520℃，而热应力降低到70MPa，无热斑产生，未产生可见热裂纹，表现出良好的摩擦、磨损性能。
附图11为经过380km/h实施紧急制动后的制动盘的照片。附图12为经过380km/h实施紧急制动后的制动盘摩擦面的扫描电镜照片，表明制动盘表面无明显划痕，犁沟，无粘结。制动盘在摩擦时发生剥离磨损而产生的细小磨屑为纳米颗粒，能填充陶瓷增强体和金属基体间的缺陷。铜元素略有转移到制动盘表面，生成机械混合摩擦层。同时也证明了三维空间连续分布的陶瓷相和金属相在受力时，将集中在点或面上的热应力，剪切力，压应力迅速向各个方向分散和传递，可以阻碍空穴和微裂纹形成。即使在长期服役过程中，因热疲劳形成的空穴和微裂纹的扩展及合并也受到网络碳化硅的阻碍，不能形成连续的裂纹，使得这种复合材料具有更高的承载或抗冲击能力，材料失效的危险性大大降低。
附图13为经过380km/h实施紧急制动后的闸片摩擦面的扫描电镜照片，表明闸片表面无掉渣现象，极大提高了闸片的服役寿命。附图14为典型的经过380km/h实施紧急制动后的摩擦曲线。表明，在380km/h速度，～0.65MPa压力下实施制动时，制动距离～7500m，平均摩擦系数0.32，刹车时间～103秒，闸片摩擦面最高温度～450℃。
实施例2
网络碳化硅陶瓷骨架增强7075铝基轮装制动盘/黄铜闸片的摩擦副
步骤1:网络碳化硅陶瓷骨架的制备:采用凝胶-注模成形方式将按照一定比例配好的浆料，制备成陶瓷素坯进行烘干。采用无压烧结方法，烧结温度2200℃，保温3小时，得到长度为300mm，宽度为300mm，厚度为15mm的网络碳化硅陶瓷块，经激光切割成需要的增强体形状。网络碳化硅陶瓷的气孔率90%，网孔直径8mm，网络碳化硅陶瓷中碳化硅所占质量百分比90%，陶瓷骨架的密度2.6g/cm3，维氏硬度(HVS)18GPa，抗折强度10MPa，抗压强度15MPa，热传导率130W/mK。
步骤2:网络陶瓷骨架的预处理:将烧结后的碳化硅网络陶瓷骨架进行清洗。将购于深圳市美蒂幔丝印公司，碳固含量大约50wt%的丝网印刷用导电炭浆，加入少量炭黑和石油焦混合后进行研磨，当炭浆料中碳的固含量达到大约60wt%后，用喷淋工艺将其覆盖到碳化硅陶瓷骨架的表面，待自然晾干后置于箱式炉中，在100～150℃保温30～60min，获得干燥的碳和石墨层，厚度为300～500μm。
步骤3:制动盘及其铸造模具的设计：盘体具有10mm厚的复合材料摩擦面，内侧面上的散热筋可以分板条状和工字形状这几种形式的组合，沿周向阵列均布。散热筋可以是实心的，盘体具有通透的通风槽，通风槽宽度4～8mm。所述盘体的内侧面上的散热筋均具有拔模斜度。将所述的轮装制动盘与车轮用螺栓装配，用“十字”定位销传递剪切力。盘体上均匀分布有若干个安装孔。散热筋和凸台的底部与盘体的内侧面之间均采用圆弧面过渡，圆角半径为20～40mm。所述散热筋、通风槽和凸台的侧面均具有拔模斜度。为了防止网络陶瓷骨架在铸造过程中漂移，加了一套压紧陶瓷骨架的顶杆装置。
步骤4:制动盘的低压铸造:将网络碳化硅陶瓷骨架按照设计要求固定在铸腔内，在模具温度500℃，铝合金(选用牌号7075铝合金)熔液温度为650～750℃时开始低压铸造。在升液阶段，加压时间10～12秒。在充型阶段，金属液面上升速度1mm/s，充型重量为1kg/s，充型时间20秒，充型增压速度为0.004MPa/s。在增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.010MPa，保压时间15～20秒。在保压凝固阶段，时间为50～300秒。将网络陶瓷骨架与铝合金复合为一体获得制动盘。碳化硅陶瓷占碳化硅/铝合金复合材料的体积百分比为15～25vol.%，占制动盘整体的体积百分比为5～10vol.%。作为提高制动盘延伸率和抗拉强度的工艺之一，采用纳米陶瓷颗粒进行强化和韧化，陶瓷颗粒为碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、碳氮化钛(TiCN)、氧化铝(Al2O3)，氧化铜(CuO)、氧化硅(SiO2)等之一或多种混合，所述颗粒平均粒径为20～300nm。作为改善铸件的显微结构的优化工艺之二，采用与电磁场联合或超声场联合等外场联合起来的复合铸造技术来细化晶粒，减少铸造产生的偏析。
步骤5:制动盘的热处理:所述的制动盘采用T61热处理工艺，热处理后，铝基强度达到420MPa。
步骤6:制动盘的精密加工:制动盘的盘环表面粗糙度Ra0.8～1.6，盘环、盘毂以及连接座的平面要和其回转中心垂直，垂直度小于0.01mm，经过探伤检测无裂纹，满足动平衡。附图15为网络碳化硅陶瓷骨架增强7075铝基轮装制动盘的照片，其中碳化硅陶瓷骨架的厚度是10mm。
步骤7:闸片的低压铸造:将网络碳化硅陶瓷骨架按照设计要求固定在铸腔内，在模具温度200℃，铜合金(选用黄铜)熔液温度为1300℃时开始低压铸造。在升液阶段，加压时间12秒。在充型阶段，金属液面上升速度10mm/s，充型重量为3kg/s，充型时间3秒，充型增压速度为0.03MPa/s。在增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.05MPa，保压时间1秒。在保压凝固阶段，时间10秒。将网络陶瓷骨架与铜合金复合为一体获得闸片，闸片进行热处理、外形精密加工。碳化硅陶瓷占铜合金复合材料的体积百分比为30vol.%。
步骤8:成品入库：将所述的制动盘与闸片逐个检验，分别包装、入库。
经过测试，制动盘和闸片组成的摩擦副在200km/h实施紧急制动后，制动盘最高温度为260℃，热应力＜30MPa，未产生可见热裂纹，摩擦系数大，抗压能力强，在双侧60kN紧急制动力下，仍表现出良好的摩擦性能，刹车距离短，噪音小，干湿条件下摩擦系数稳定，特别适合作为地铁、轻轨用摩擦副。
实施例3
网络碳化硅陶瓷骨架增强2618铝基整体轴装制动盘/锡青铜闸片的摩擦副
步骤1:网络碳化硅陶瓷骨架的制备:采用三维打印成形方式将按照一定比例配好的浆料，制备成陶瓷素坯进行烘干，修整外形。采用无压烧结方法，烧结温度2200℃，保温3小时烧结得到长度为150mm，宽度为150mm，厚度为20mm的网络碳化硅陶瓷块，经激光切割成需要的增强体形状。网络碳化硅陶瓷的气孔率约为70～90%，网孔直径2～5mm，网络碳化硅陶瓷中碳化硅所占质量百分比97%，陶瓷骨架的密度～2.9g/cm3，维氏硬度(HVS)～20GPa，抗折强度～15MPa，抗压强度～20MPa，热传导率130W/(m·K)。
步骤2:网络陶瓷骨架的预处理:将烧结后的碳化硅网络陶瓷骨架进行清洗。将炭黑和石油焦加入印刷用的油墨后进行长时间研磨，当碳浆料中碳的固含量达到大约60wt%后，用喷淋工艺覆盖到碳化硅陶瓷骨架的表面，待自然晾干后置于箱式炉中，在100～150℃保温30～60min，获得干燥的碳和石墨层，厚度为300～500μm。
步骤3:制动盘及其铸造模具的设计：盘体具有7mm厚的复合材料摩擦面，内侧面上的散热筋可以是板条和工字这几种形状的组合，沿周向阵列均布。散热筋可以是实心的，盘体具有通透的通风槽，通风槽宽度4～8mm。所述盘体的内侧面上的散热筋均具有拔模斜度。为了防止网络陶瓷骨架在铸造过程中漂移，加入了一套用于压紧陶瓷骨架的顶杆装置。附图16为网络碳化硅陶瓷骨架增强2618铝基整体轴装制动盘的示意图，其中碳化硅陶瓷骨架的厚度是7mm，特征是散热筋可以分板条状和工字形状这两种形式的组合，沿周向阵列均布，盘体具有通透的通风槽。
步骤4:制动盘的低压铸造:将网络碳化硅陶瓷骨架按照设计要求固定在铸腔内，在模具温度350～450℃，铝合金(选用2618铝合金)熔液温度为680～720℃时开始低压铸造。在升液阶段，加压时间12秒。在充型阶段，金属液面上升速度1mm/s，充型重量为1kg/s，充型时间20秒，充型增压速度为0.004MPa/s。在增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.010MPa，保压时间20秒。在保压凝固阶段，时间为250～300秒。将网络陶瓷骨架与铝合金复合为一体获得制动盘。可在铝合金熔液中加入质量百分比0.1%～5%的过渡族和稀土等元素来提高碳化硅与铝合金的界面强度，并加入实施例2所述的纳米陶瓷颗粒提高铝合金的强度。碳化硅陶瓷占铝合金体积百分比10～35vol.%。
步骤5:制动盘的热处理:所述的制动盘采用T61热处理工艺，热处理后，铝盘的拉伸强度达到420MPa，屈服强度达到340MPa，伸长率～2%。
步骤6:制动盘的精密加工:制动盘的盘环表面粗糙度Ra0.8～1.6，盘环、盘毂以及连接座的平面要和其回转中心垂直，垂直度小于0.01mm，经过探伤检测无裂纹，满足动平衡。
步骤7:闸片的低压铸造:将网络碳化硅陶瓷骨架按照设计要求固定在铸腔内，在模具温度200℃，铜合金(选用黄铜)熔液温度为1300℃时开始低压铸造。在升液阶段，加压时间12秒。在充型阶段，金属液面上升速度10mm/s，充型重量为3kg/s，充型时间3秒，充型增压速度为0.03MPa/s。在增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.05MPa，保压时间1秒。在保压凝固阶段，时间10秒。将网络陶瓷骨架与铜合金复合为一体获得闸片，闸片进行外形精密加工。碳化硅陶瓷骨架占铜合金复合材料体积百分比45～55vol.%，占铜合金闸片总体积百分比20～35vol.%。
步骤8:成品入库：将所述的制动盘与闸片逐个检验，分别包装、入库。
经过测试，制动盘闸片组成的摩擦副在380km/h实施紧急制动后，制动盘最高温度为550℃，热应力90MPa，未产生可见热裂纹，表现出良好的摩擦性能。
实施例4
网络碳化硅陶瓷骨架增强2014铝基整体轴装制动盘/铝青铜闸片的摩擦副
步骤1:网络碳化硅陶瓷骨架的制备:采用三维打印成形方式将按照一定比例配好的浆料，制备成陶瓷素坯进行烘干，修整外形。采用无压烧结方法，烧结温度2200℃，保温3小时烧结得到长度为150mm，宽度为150mm，厚度为25mm的网络碳化硅陶瓷块。网络碳化硅陶瓷的气孔率50～75%，网孔直径2～4mm，网络碳化硅陶瓷中碳化硅所占质量百分比97%，陶瓷骨架的密度2.9g/cm3，维氏硬度(HVS)～20GPa，抗折强度～15MPa，抗压强度～20MPa，热传导率130W/mK。
步骤2:网络陶瓷骨架的预处理:将烧结后的碳化硅网络陶瓷骨架进行清洗。将分散好的炭黑、石墨烯以及纳米碳管研磨均匀，当浆料中碳的固含量达到大约60wt%后，用喷淋工艺覆盖到骨架的表面，待自然晾干后置于箱式炉中，在100～150℃保温30～60min，获得干燥的碳和石墨层，厚度为70～250μm。
步骤3:制动盘及其铸造模具的设计：盘体具有7mm厚的碳化硅-铝合金复合材料摩擦面，内侧面上的散热筋可以分圆柱状、椭圆柱状、板条状、T形、工字形状这几种形式的组合，沿周向阵列均布。散热筋可以是实心的，也可以是空心的，其中空心的散热筋上具有通透的通风槽，通风槽宽度4～6mm。所述盘体的内侧面上的散热筋均具有拔模斜度，圆柱状散热筋的直径为8～35mm，椭圆柱状散热筋，长轴长度15～40mm，短轴长度10～30mm，板条状、T形、工字形状的长边长度40～80mm，短边长度4～20mm。将所述的轮装制动盘与车轮用螺栓装配，用定位销传递剪切力。盘体上均匀分布有若干个安装孔。为了防止网络陶瓷骨架在铸造过程中漂移，加入了一套顶杆装置，用于压紧陶瓷骨架。附图17为网络碳化硅陶瓷骨架增强2014铝基整体轴装制动盘的示意图，其中碳化硅陶瓷骨架的厚度是7mm，特征是散热筋是圆柱状、椭圆柱状、板条状、T形、工字形这几种形式的组合，散热筋可以是实心的，沿周向阵列均布，盘体具有通透的通风槽，使得盘体具有最佳的导热能力，并能减少泵风的产生。
步骤4:制动盘的低压铸造:将网络碳化硅陶瓷骨架按照设计要求固定在铸腔内，在模具温度500℃，铝合金(选用牌号2014铝合金)熔液温度为650℃时开始低压铸造。在升液阶段，加压时间12秒。在充型阶段，金属液面上升速度1mm/s，充型重量为1kg/s，充型时间20秒，充型增压速度为0.004MPa/s。在增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.010MPa，保压时间20秒。在保压凝固阶段，时间为250～300秒，因为延长保压时间对铸件结晶有好处，故可以根据铸件晶粒大小，将保压时间做适度延长，直到400秒。将网络陶瓷骨架与铝合金复合为一体获得制动盘。可在铝合金熔液中加入质量百分比0.1%～5%的过渡族元素和稀土等元素来提高碳化硅与铝合金的界面强度。碳化硅陶瓷占铝合金复合材料的体积百分比35～50vol.%，占制动盘整体的体积百分比5～10vol.%。可在铝合金熔液中加入质量百分比0.1%～5%的过渡族和稀土等元素来提高碳化硅与铝合金的界面强度，并加入实施例2所述的纳米陶瓷颗粒提高铝合金的强度。作为优化后的铸造工艺，采用与电磁场联合、超声场联合等外场联合起来的复合铸造技术。
步骤5:制动盘的热处理:所述的制动盘采用T61热处理工艺，热处理后，铝基强度达到450MPa，盘体摩擦面的耐热温度可提高到500℃以上。
步骤6:制动盘的精密加工:制动盘的盘环表面粗糙度Ra0.8～1.6，盘环、盘毂以及连接座的平面要和其回转中心垂直，垂直度小于0.01mm，经过探伤检测无裂纹，满足动平衡。
步骤7:闸片的低压铸造:将网络碳化硅陶瓷骨架按照设计要求固定在铸腔内，在模具温度200℃，铜合金(选用铝青铜)熔液温度为1300℃时开始低压铸造。在升液阶段，加压时间12秒。在充型阶段，金属液面上升速度10mm/s，充型重量为3kg/s，充型时间3秒，充型增压速度为0.03MPa/s。在增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.05MPa，保压时间1～10秒。在保压凝固阶段，时间250～300秒。将网络陶瓷骨架与铜合金复合为一体获得闸片，闸片进行外形精密加工。碳化硅陶瓷占碳化硅/铜合金复合材料体积百分比为15～20vol.%，占铜合金闸片总体积百分比20～35vol.%。
步骤8:成品入库：将所述的制动盘与闸片逐个检验，分别包装、入库。
经过测试，制动盘闸片组成的摩擦副在380km/h实施紧急制动后，制动盘最高温度为530℃，热应力90MPa，未产生可见热裂纹，表现出良好的摩擦性能，原因是三维打印制备的碳化硅坯体强度高，宏观和微观结构均匀，因此相比实施例1，和2，本实施例制备制动盘的综合性能得到了进一步提高。
实施例5
网络碳化硅陶瓷骨架增强6061铝基分体轴装制动盘/黄铜闸片的摩擦副
步骤1:网络碳化硅陶瓷骨架的制备:采用三维打印成形方式将按照一定比例配好的浆料，制备成陶瓷素坯进行烘干，修整外形。采用无压烧结方法，烧结温度2200℃，保温1～3小时得到网络碳化硅陶瓷。网络碳化硅陶瓷的气孔率50～75%，网孔直径2～4mm，网络碳化硅陶瓷中碳化硅所占质量百分比97%，陶瓷骨架的密度2.9g/cm3，维氏硬度(HVS)～20GPa，抗折强度～15MPa，抗压强度～20MPa，热传导率～150W/(m·K)。
步骤2:网络陶瓷骨架的预处理:将烧结后的碳化硅网络陶瓷骨架进行清洗。将分散好的炭黑、石墨烯以及纳米碳管研磨均匀，当浆料中碳的固含量达到大约60wt%后，用喷淋工艺覆盖到骨架的表面，待自然晾干后置于箱式炉中，在100～150℃保温30～60min，获得干燥的碳和石墨层，厚度为70～250μm。
步骤3:制动盘及其铸造模具的设计：盘体具有7mm厚的复合材料摩擦面，内侧面上的散热筋可以分圆柱状、椭圆柱状、板条状、T形、工字形这几种形式的组合，沿周向阵列均布。散热筋可以是实心的，也可以是空心的，其中空心的散热筋上具有通透的通风槽，通风槽宽度4～6mm。所述盘体的内侧面上的散热筋均具有拔模斜度，圆柱状散热筋的直径为8～35mm，椭圆柱状散热筋，长轴长度15～40mm，短轴长度10～30mm，板条状、T形、工字形的长边长度40～80mm，短边长度4～20mm。盘体上均匀分布有若干个安装孔。将所述的轮装制动盘与车轮用螺栓装配，用定位销传递剪切力。为了防止网络陶瓷骨架在铸造过程中漂移，加入了一套顶杆装置，用于压紧陶瓷骨架。附图18为网络碳化硅陶瓷骨架增强6061铝基分体轴装制动盘的示意图，其中碳化硅陶瓷骨架的厚度是6.5～8.5mm，特征是散热筋是圆柱状、椭圆柱状、板条状、T形、工字形这几种形式的组合，散热筋可以是空心的，沿周向阵列均布，盘体具有通透的通风槽，使得盘体具有最佳的导热能力，并能减少泵风的产生。
步骤4:制动盘的低压铸造:将网络碳化硅陶瓷骨架按照设计要求固定在铸腔内，在模具温度500℃，铝合金(选用6061铝合金)熔液温度为600℃时开始低压铸造。在升液阶段，加压时间12秒。在充型阶段，金属液面上升速度1mm/s，充型重量为1kg/s，充型时间20秒，充型增压速度为0.004MPa/s。在增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.010MPa，保压时间20秒。在保压凝固阶段，时间为250～300秒，因为延长保压时间对铸件结晶有好处，故可以根据铸件晶粒大小，将保压时间做适度延长，直到400秒。将网络陶瓷骨架与铝合金复合为一体获得制动盘。碳化硅陶瓷骨架占碳化硅/铝合金复合材料体积百分比15～35vol.%，占制动盘整体积百分比8～20vol.%。可在铝合金熔液中加入质量百分比0.1%～5%的过渡族元素和稀土等元素来提高碳化硅与铝合金的界面强度。并加入实施例2所述的纳米陶瓷颗粒提高铝合金的强度。作为优化后的铸造工艺，采用与电磁场联合或超声场联合等外场联合的复合铸造技术。
步骤5:制动盘的热处理:所述的制动盘采用T63热处理工艺，热处理后，铝基强度达到450MPa，盘体摩擦面的耐热温度可提高到500℃以上。
步骤6:制动盘的精密加工:制动盘的盘环表面粗糙度Ra0.8～1.6，盘环、盘毂以及连接座的平面要和其回转中心垂直，垂直度小于0.01mm，经过探伤检测无裂纹，满足动平衡。
步骤7:闸片的低压铸造:将网络碳化硅陶瓷骨架按照设计要求固定在铸腔内，在模具温度200℃，铜合金(选用黄铜)熔液温度为1300℃时开始低压铸造。在升液阶段，加压时间12秒。在充型阶段，金属液面上升速度10mm/s，充型重量为3kg/s，充型时间3秒，充型增压速度为0.03MPa/s。增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.05MPa，保压时间1～10秒。保压凝固阶段，时间250～300秒，将网络陶瓷骨架与铜合金复合为一体获得闸片。闸片热处理后进行外形精密加工。碳化硅陶瓷占铜合金复合材料体积百分比为25～50vol.%，占闸片整体体积百分比为10～30vol.%。
步骤8:成品入库：将所述的制动盘与闸片逐个检验，分别包装、入库。
经过测试，制动盘闸片组成的摩擦副在380km/h实施紧急制动后，制动盘最高温度为510℃，热应力85MPa，未产生可见热裂纹，表现出良好的摩擦性能，原因是三维打印制备的碳化硅坯体强度高，宏观和微观结构均匀，空心结构的不同形状组合的散热筋能更大程度的耗散摩擦热。
实施例6
网络碳化硅陶瓷骨架增强ZL111铝基整体轴装制动盘/铝青铜闸片的摩擦副
所述的网络碳化硅陶瓷骨架增强ZL111铝基整体轴装制动盘制作步骤第一步和第二步同实施例1的第一步和第二步。
第三步同实施例3和实施例4的第三步，与之有差别的是，本实施例采用整体的轴装制动盘，其中碳化硅陶瓷骨架的厚度是10mm，特征是散热筋是圆柱状、椭圆柱状、板条状、T形、工字形这几种形式的组合，散热筋是空心的，沿周向阵列均布，散热筋直接连接在盘体的内侧，盘体上有通透的通风槽，使得盘体具有最佳的导热能力，并能减少泵风的产生。所述的铝合金盘体可为ZLXXX、7XXX、6XXX、5XXX、4XXX、2XXX或1XXX系列。制动盘的示意图见附图19。
本实施例的第4步骤到第8步骤同于实施例5的第4步骤到第8步，与之有差别的是，网络碳化硅陶瓷增强铜基复合材料切割成六边形，三角形，矩形，梯形，圆形等形状的小摩擦块，见附图20，并与背板组成浮动式闸片。所述的铜合金基体可为青铜(包括锡青铜、铝青铜等)，黄铜，紫铜或者白铜系列。所述的制动盘作为配套产品，还可以与粉末冶金闸片，合成闸片，碳/碳，碳/陶瓷闸片等组成摩擦副，以适应国内外不同速度的地铁，轻轨，动车组以及高铁等不同车型的需要。
实施例7
作为实施例1，例2和例3的补充，可以采用与电磁场联合、超声场联合等外场联合起来的复合铸造技术制备制动盘，见附图21。室温下，盘体金属材料的断裂强度大于350MPa，延伸率大于2.5%。400℃下，盘体金属材料的断裂强度大于300MPa，延伸率大于4%，能满足300～380km/h高铁安全使用。
本发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的、而不是限制性的，如采用不同种类的网络碳化硅复相陶瓷骨架作为金属的增强相、采用化学组成成分略有不同的铝合金，铜合金等金属材料作为制动盘和闸片的基体材料、采用工艺参数略有不同的铸造工艺制备来制备金属基摩擦副。
Claims (10)
1. 一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副，包括Al/Sic制动盘⑶、Cu/Sic闸片⑺，闸片⑺通过背板⑵连接到轨道车辆的制动夹钳上，制动盘⑶通过安装孔⑸固装在轨道车辆的轮毂或车轮上，闸片⑺的摩擦面抵靠在制动盘⑶的摩擦面上，其特征在于：所述制动盘⑶的摩擦面嵌有网络碳化硅陶瓷骨架⑼，所述制动盘⑶另一侧面的圆周方向上设有若干散热筋⑷；所述闸片⑺的摩擦面嵌有网络碳化硅陶瓷骨架⑽，背面由若干散热片⑻和基体⑴组成，所述的散热筋⑷的中部设有贯穿所述制动盘⑶的通风槽⑹；所述的碳化硅陶瓷骨架（9）占碳化硅陶瓷/铝合金复合材料体积百分比为10~50 vol.%，占制动盘整体⑶的体积百分比为5~40 vol.%；所述的碳化硅陶瓷骨架（9）占碳化硅陶瓷/铜合金复合体积百分比为10~50 vol.%，占闸片整体⑺的体积百分比为5~40vol. %，所述制动盘⑶中嵌入的网络碳化硅陶瓷片厚度为5~15 mm；所述闸片⑺中嵌入的网络碳化硅陶瓷片厚度为5~18 mm。
2.根据权利要求1所述的一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副，其特征在于：所述的摩擦副的制造方法具体步骤如下：网络碳化硅陶瓷骨架的制备→网络碳化硅陶瓷骨架的预处理→制动盘、闸片铸造模具的设计、制作→制动盘、闸片的低压铸造→制动盘、闸片的热处理→制动盘、闸片的精密加工→成品入库。
3.根据权利要求2所述的一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副的制造方法，其特征在于：所述的网络碳化硅陶瓷骨架的制备：采用模板注浆法、前驱体浸渍法、凝胶-注模法、发泡法或三维打印的方法制备出网络陶瓷坯体；采用无压烧结方法：烧结温度1950~2200℃，保温0.5~3小时得到长度为10~400
mm，宽度为10~400 mm，厚度为3~25 mm的网络碳化硅陶瓷片，所述的网络碳化硅陶瓷的气孔率40~90%，网孔直径1~8 mm，网络碳化硅陶瓷中碳化硅所占质量百分比70~99%，密度2.6~3.2 g/cm3，维氏硬度(HVS)18~30GPa，抗折强度0.5~15MPa，抗压强度1.5~20MPa，热传导率130~180 W/MK。
4.根据权利要求3所述的一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副的制造方法，其特征在于：所述网络碳化硅陶瓷骨架的表面处理具体步骤如下：1、将骨架置于800~950℃氧化气氛炉内，保温2~24小时，进行氧化处理，2、在骨架的表面喷涂一层含有碳或石墨的浆料，经烘干获得厚度20~500
μm的碳或石墨层，所述的碳采用纳米碳管、石油焦、炭黑、石墨等含碳的原料或导电炭浆、印刷用的油墨。
5.根据权利要求4所述的一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副的制造方法，其特征在于：所述的Al/Sic制动盘⑶在模具温度200~500℃，铝合金熔液温度650~750℃时，将网络碳化硅陶瓷块放入模具中开始低压铸造；升液阶段，加压时间1~12秒；充型阶段，金属液面上升速度1~10 mm/s，充型的铝合金熔液重量为1~10 kg/s，充型时间2~20秒，充型增压速度为0.004~0.030MPa/s；增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.010~0.035MPa，保压时间5~60秒；保压凝固阶段，时间为20~300秒。
6.根据权利要求5所述的一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副的制造方法，其特征在于：所述摩擦副的金属采用纳米碳管、石墨烯等一维、二维的碳材料进行强化和韧化，所述纳米碳管和石墨烯平均粒径为20~100 nm，占金属的体积百分比为0.1~5vol%。
7.根据权利要求6所述的一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副的制造方法，其特征在于：所述的摩擦副的金属采用纳米陶瓷颗粒进行强化和韧化，所述纳米陶瓷颗粒为碳化硅(Sic)､碳化钛(Tic)､碳氮化钛､氧化铝(Al2O3)、氧化铜、氧化硅(SiO2)中的一种或多种混合，其平均粒径为20~300 nm，占金属的体积百分比为0.1~5vol%。
8.根据权利要求7所述的一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副的制造方法，其特征在于：所述的Cu/Sic闸片在模具温度200~500℃，铜合金熔液温度1100~1300℃时，将网络碳化硅陶瓷块放入模具中固定，开始低压铸造；升液阶段，加压时间1~12秒；充型阶段，金属液面上升速度1~10 mm/s，充型的铜合金熔液重量为0.3~3 kg/s，充型时间2~20秒，充型增压速度为0.004~0.030MPa/s；增压阶段，在充型增压值基础上再增压0.010~0.050MPa，保压时间5~60秒；保压凝固阶段，时间为10 ~200秒；所述的低压铸造方法：采用与电磁场联合或采用与超声场联合起来的复合铸造技术；所述的Cu/Sic闸片采用退火、回火热处理工艺进行处理；所述的Al/Sic制动盘采用T6、T61热处理工艺进行处理。
9.根据权利要求8所述的一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副的制造方法，其特征在于：所述Al/Sic制动盘⑶的摩擦面或盘体上均匀分布有若干个将制动盘固定在盘毂或车轮上的安装孔⑸，所述盘体的另一面上设成圆柱状、椭圆柱状、板条状、T字形或工字形的散热筋。
10.根据权利要求9所述的一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副的制造方法，其特征在于：所述散热筋⑷具有拔模斜度，所述圆柱状散热筋⑷的直径为8~35 mm，所述椭圆柱状散热筋⑷，长轴长度15~40 mm，短轴长度10~30 mm，T字形、工字形状的长边长度40~80
mm，短边长度4~20 mm；所述的Al/Sic制动盘⑶能与粉末冶金闸片、合成闸片、碳/碳、碳/陶瓷闸片组成摩擦副；所述Cu/Sic闸片的摩擦面与网络碳化硅陶瓷的形状为六边形、三角形、矩形、梯形或圆形的小摩擦块，与基体⑴组成浮动式闸片⑺。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410162002.0A CN103939509B (zh) | 2014-04-22 | 2014-04-22 | 一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410162002.0A CN103939509B (zh) | 2014-04-22 | 2014-04-22 | 一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103939509A true CN103939509A (zh) | 2014-07-23 |
| CN103939509B CN103939509B (zh) | 2018-04-17 |
Family
ID=51187325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410162002.0A Active CN103939509B (zh) | 2014-04-22 | 2014-04-22 | 一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103939509B (zh) |
Cited By (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104658917A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-05-27 | 中南大学 | 一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法 |
| WO2015169024A1 (zh) * | 2014-05-09 | 2015-11-12 | 房殊 | 一种金属/连续结构相陶瓷复合材料摩擦盘及其制作方法 |
| CN105483496A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-04-13 | 无锡福镁轻合金科技有限公司 | 一种用于导轨的复合材料 |
| CN106499756A (zh) * | 2015-09-06 | 2017-03-15 | 房殊 | 二维结构无序排列的陶瓷骨架增强轻金属复合材料制动盘 |
| CN106499755A (zh) * | 2015-09-06 | 2017-03-15 | 房殊 | 柱状陶瓷增强轻金属复合材料制动盘 |
| CN106499757A (zh) * | 2015-09-06 | 2017-03-15 | 房殊 | 二维结构周期排列的陶瓷骨架增强轻金属复合材料制动盘 |
| CN106838064A (zh) * | 2017-04-17 | 2017-06-13 | 湖南世鑫新材料有限公司 | 一种高速列车用轻量化制动轮盘 |
| CN107592901A (zh) * | 2015-05-07 | 2018-01-16 | 意大利Itt有限责任公司 | 特别用于制造制动衬块的摩擦材料及相关制备方法 |
| CN107649678A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-02-02 | 郑州轻工业学院 | 一种利用3d打印装置制备摩擦材料的方法 |
| US9944526B2 (en) | 2015-05-13 | 2018-04-17 | Honeywell International Inc. | Carbon fiber preforms |
| DE102017200945B3 (de) | 2017-01-20 | 2018-05-09 | Ford Global Technologies, Llc | Verfahren zur Herstellung von Hybrid- Leichtbau- Bremsscheiben |
| CN108274094A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-13 | 西南交通大学 | 列车制动盘类构件的gmaw增材制造方法 |
| US10022890B2 (en) | 2015-09-15 | 2018-07-17 | Honeywell International Inc. | In situ carbonization of a resin to form a carbon-carbon composite |
| US10035305B2 (en) | 2015-06-30 | 2018-07-31 | Honeywell International Inc. | Method of making carbon fiber preforms |
| US10131113B2 (en) | 2015-05-13 | 2018-11-20 | Honeywell International Inc. | Multilayered carbon-carbon composite |
| US10300631B2 (en) | 2015-11-30 | 2019-05-28 | Honeywell International Inc. | Carbon fiber preforms |
| US10302163B2 (en) | 2015-05-13 | 2019-05-28 | Honeywell International Inc. | Carbon-carbon composite component with antioxidant coating |
| CN111410538A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-07-14 | 潍坊工商职业学院 | 一种增韧碳化硅陶瓷及其制备方法 |
| CN111842847A (zh) * | 2020-07-18 | 2020-10-30 | 常州嘉阳轻合金有限公司 | 刹车盘及制备工艺 |
| CN112792321A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-05-14 | 温州盘虎新能源有限公司 | 一种汽车用制动盘的生产工艺 |
| CN113563095A (zh) * | 2020-04-28 | 2021-10-29 | 安泰科技股份有限公司 | 金属陶瓷闸片、碳陶制动盘的制备方法及摩擦副对偶 |
| CN114110060A (zh) * | 2020-08-31 | 2022-03-01 | 克诺尔轨道车辆系统有限公司 | 摩擦环、车轮制动盘及其制造方法 |
| CN114754092A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-07-15 | 湖南金天铝业高科技股份有限公司 | 汽车制动盘及其制备方法 |
| CN116332668A (zh) * | 2022-12-06 | 2023-06-27 | 浙江同华陶铝新材料有限公司 | 一种低温烧结制备碳化硅泡沫材料的方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09329165A (ja) * | 1996-06-06 | 1997-12-22 | Hitachi Metals Ltd | 複合ディスクブレーキロータ |
| EP1547992A1 (de) * | 2003-12-18 | 2005-06-29 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff und Faserverbundwerkstoff |
| CN1727096A (zh) * | 2005-06-16 | 2006-02-01 | 东北大学 | 三维网络陶瓷－金属摩擦复合材料的真空－气压铸造方法 |
| CN101323524A (zh) * | 2008-04-15 | 2008-12-17 | 西安交通大学 | 一种定向排列孔碳化硅多孔陶瓷的制备方法 |
| CN102173853A (zh) * | 2011-02-16 | 2011-09-07 | 北京科技大学 | 一种制备高度定向贯通型多孔SiC陶瓷材料的方法 |
| CN102260092A (zh) * | 2011-06-14 | 2011-11-30 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种多孔碳化硅陶瓷材料的制备方法 |
| CN103276277A (zh) * | 2013-05-20 | 2013-09-04 | 长沙艾思柯新材料科技有限公司 | 一种高体积分数高强度铝碳化硅复合材料的制备方法及装置 |
| CN103396123A (zh) * | 2013-07-30 | 2013-11-20 | 东北大学 | 一种大孔径三维网络SiC陶瓷材料的制备方法 |
-
2014
- 2014-04-22 CN CN201410162002.0A patent/CN103939509B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09329165A (ja) * | 1996-06-06 | 1997-12-22 | Hitachi Metals Ltd | 複合ディスクブレーキロータ |
| EP1547992A1 (de) * | 2003-12-18 | 2005-06-29 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff und Faserverbundwerkstoff |
| CN1727096A (zh) * | 2005-06-16 | 2006-02-01 | 东北大学 | 三维网络陶瓷－金属摩擦复合材料的真空－气压铸造方法 |
| CN101323524A (zh) * | 2008-04-15 | 2008-12-17 | 西安交通大学 | 一种定向排列孔碳化硅多孔陶瓷的制备方法 |
| CN102173853A (zh) * | 2011-02-16 | 2011-09-07 | 北京科技大学 | 一种制备高度定向贯通型多孔SiC陶瓷材料的方法 |
| CN102260092A (zh) * | 2011-06-14 | 2011-11-30 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种多孔碳化硅陶瓷材料的制备方法 |
| CN103276277A (zh) * | 2013-05-20 | 2013-09-04 | 长沙艾思柯新材料科技有限公司 | 一种高体积分数高强度铝碳化硅复合材料的制备方法及装置 |
| CN103396123A (zh) * | 2013-07-30 | 2013-11-20 | 东北大学 | 一种大孔径三维网络SiC陶瓷材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 茹红强等: "《第十一届中国摩擦密封材料技术交流暨产品展示会论文集》", 30 December 2009 * |
| 谢素菁等: "三维网络SiC增强铜基复合材料的干摩擦磨损性能", 《摩擦学学报》 * |
| 谢素菁等: "三维网络SiC对铝合金干摩擦磨损性能的影响", 《材料研究学报》 * |
Cited By (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106536963A (zh) * | 2014-05-09 | 2017-03-22 | 房殊 | 一种金属/连续结构相陶瓷复合材料摩擦盘及其制作方法 |
| WO2015169024A1 (zh) * | 2014-05-09 | 2015-11-12 | 房殊 | 一种金属/连续结构相陶瓷复合材料摩擦盘及其制作方法 |
| CN104658917A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-05-27 | 中南大学 | 一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法 |
| CN104658917B (zh) * | 2014-12-24 | 2017-03-29 | 中南大学 | 一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法 |
| CN107592901A (zh) * | 2015-05-07 | 2018-01-16 | 意大利Itt有限责任公司 | 特别用于制造制动衬块的摩擦材料及相关制备方法 |
| CN107592901B (zh) * | 2015-05-07 | 2019-11-26 | 意大利Itt有限责任公司 | 特别用于制造制动衬块的摩擦材料及相关制备方法 |
| US10302163B2 (en) | 2015-05-13 | 2019-05-28 | Honeywell International Inc. | Carbon-carbon composite component with antioxidant coating |
| US10131113B2 (en) | 2015-05-13 | 2018-11-20 | Honeywell International Inc. | Multilayered carbon-carbon composite |
| US9944526B2 (en) | 2015-05-13 | 2018-04-17 | Honeywell International Inc. | Carbon fiber preforms |
| US10035305B2 (en) | 2015-06-30 | 2018-07-31 | Honeywell International Inc. | Method of making carbon fiber preforms |
| CN106499757A (zh) * | 2015-09-06 | 2017-03-15 | 房殊 | 二维结构周期排列的陶瓷骨架增强轻金属复合材料制动盘 |
| CN106499755A (zh) * | 2015-09-06 | 2017-03-15 | 房殊 | 柱状陶瓷增强轻金属复合材料制动盘 |
| CN106499756A (zh) * | 2015-09-06 | 2017-03-15 | 房殊 | 二维结构无序排列的陶瓷骨架增强轻金属复合材料制动盘 |
| US10022890B2 (en) | 2015-09-15 | 2018-07-17 | Honeywell International Inc. | In situ carbonization of a resin to form a carbon-carbon composite |
| US10300631B2 (en) | 2015-11-30 | 2019-05-28 | Honeywell International Inc. | Carbon fiber preforms |
| CN105483496A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-04-13 | 无锡福镁轻合金科技有限公司 | 一种用于导轨的复合材料 |
| DE102017200945B3 (de) | 2017-01-20 | 2018-05-09 | Ford Global Technologies, Llc | Verfahren zur Herstellung von Hybrid- Leichtbau- Bremsscheiben |
| US10663023B2 (en) | 2017-01-20 | 2020-05-26 | Ford Global Technologies, Llc | Hybrid lightweight brake disk and production method |
| CN106838064A (zh) * | 2017-04-17 | 2017-06-13 | 湖南世鑫新材料有限公司 | 一种高速列车用轻量化制动轮盘 |
| CN107649678A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-02-02 | 郑州轻工业学院 | 一种利用3d打印装置制备摩擦材料的方法 |
| CN107649678B (zh) * | 2017-09-29 | 2019-05-07 | 郑州轻工业学院 | 一种利用3d打印装置制备摩擦材料的方法 |
| CN108274094A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-13 | 西南交通大学 | 列车制动盘类构件的gmaw增材制造方法 |
| CN113563095A (zh) * | 2020-04-28 | 2021-10-29 | 安泰科技股份有限公司 | 金属陶瓷闸片、碳陶制动盘的制备方法及摩擦副对偶 |
| CN111410538A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-07-14 | 潍坊工商职业学院 | 一种增韧碳化硅陶瓷及其制备方法 |
| CN111842847A (zh) * | 2020-07-18 | 2020-10-30 | 常州嘉阳轻合金有限公司 | 刹车盘及制备工艺 |
| CN114110060A (zh) * | 2020-08-31 | 2022-03-01 | 克诺尔轨道车辆系统有限公司 | 摩擦环、车轮制动盘及其制造方法 |
| CN112792321A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-05-14 | 温州盘虎新能源有限公司 | 一种汽车用制动盘的生产工艺 |
| CN112792321B (zh) * | 2021-02-01 | 2022-12-06 | 安徽江宏制动器有限公司 | 一种汽车用制动盘的生产工艺 |
| CN114754092A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-07-15 | 湖南金天铝业高科技股份有限公司 | 汽车制动盘及其制备方法 |
| CN114754092B (zh) * | 2022-03-18 | 2023-09-22 | 湖南湘投轻材科技股份有限公司 | 汽车制动盘及其制备方法 |
| CN116332668A (zh) * | 2022-12-06 | 2023-06-27 | 浙江同华陶铝新材料有限公司 | 一种低温烧结制备碳化硅泡沫材料的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103939509B (zh) | 2018-04-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103939509A (zh) | 一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副及其制备方法 | |
| CN104235237B (zh) | 碳化硅泡沫陶瓷/铝合金复合材料制动盘及制备方法 | |
| CN103104638B (zh) | 一种用于高速列车的金属/陶瓷复合材料制动盘 | |
| CN107876730B (zh) | 耐磨材料、局部增强轻金属基复合材料及制备方法 | |
| CN103075445B (zh) | 一种用于高速列车的陶瓷/金属复合材料闸片及其制备方法 | |
| CN107917160B (zh) | 一种制动盘及其制备方法 | |
| CN106812837B (zh) | 一种铝基复合材料刹车制动盘及制备方法 | |
| CN103878346B (zh) | 一种陶瓷颗粒多尺度增强金属基体复合材料的制备方法 | |
| CN103572087B (zh) | 碳化硼颗粒增强铝基复合材料的制备方法 | |
| JP5061018B2 (ja) | アルミニウム−黒鉛−炭化珪素質複合体及びその製造方法 | |
| CN111054916B (zh) | 一种蜂窝状金属陶瓷耐磨复合预制体的成型方法及成型模具 | |
| EP3271488A1 (en) | Lightweight, robust, wear resistant components comprising an aluminum matrix composite | |
| CN110396652A (zh) | 一种碳化硅纤维增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN105328186A (zh) | 一种基于激光3d打印形成的铝基原位复合材料及其制备方法 | |
| CN106424740A (zh) | 一种碳化钨颗粒增强钢基表层复合材料及其制备方法 | |
| CN106499741A (zh) | 泡沫陶瓷增强轻金属复合材料摩擦离合片、制动盘 | |
| CN114807683B (zh) | 一种钛合金点阵增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| JP2017039997A (ja) | アルミニウム合金−セラミックス複合材およびアルミニウム合金−セラミックス複合材の製造方法 | |
| CN110724847B (zh) | 无压浸渗制备双连续相复合材料的方法 | |
| CN102416462B (zh) | 一种局部增强的金属基复合材料的制备方法 | |
| JP2015140456A (ja) | 複合材料、半導体装置、及び複合材料の製造方法 | |
| CN104651655A (zh) | 一种石墨增强铝基复合材料制备方法 | |
| CN114682755A (zh) | 一种耐磨镶嵌块增强钢铁基复合材料、制备方法及应用 | |
| CN112846192A (zh) | 一种金属陶瓷复合甩锤的制造方法 | |
| CN113277851B (zh) | 一种陶瓷-金属仿生纳米复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |