CN107649678A - 一种利用3d打印装置制备摩擦材料的方法 - Google Patents

一种利用3d打印装置制备摩擦材料的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用3D打印装置制备的摩擦材料，金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：40~60%、Fe：5~30%、Sn：1~15%、Cr：0~10%、Cr‑Fe：0~8%、SiO2：5~10%、Al2O3：3~15%，润滑组元按照以下质量分数进行配比，MoS2：0~6%、石墨：5~12%。本发明利用3D分层打印方法制备粉末冶金摩擦材料，主要包括如下工艺：采用多喷头3D打印装置，通过控制每个送料盒中的原材料，利用多个喷头所需粉末按照一定比例逐层打印或平铺在冷压模具中，待打印尺寸达到要求后，将模具放入冷压成型机中压制成型，然后放入热压烧结机中进行烧结，也可直接进行热压烧结。本发明可实现任意配比制备粉末冶金摩擦材料的制备及组织控制，制备出的摩擦材料具有组织均匀，摩擦系数稳定，磨损量小等优点。

Description

一种利用3D打印装置制备摩擦材料的方法
技术领域
本发明涉及一种摩擦材料成型技术，属于粉末冶金摩擦材料生产制备应用领域，特别涉及一种利用多喷头3D打印装置制备粉末冶金摩擦材料的方法。
背景技术
高速列车摩擦材料是列车制动中的关键材料，利用摩擦材料与对磨盘之间的摩擦力使列车中的动能转化为热能或者其他形式的能量，从而达到安全制动。摩擦材料根据材料的不同可以分为合成材料、复合材料以及粉末冶金材料等。列车早期使用的摩擦材料为合成材料，合成材料由于机械强度低、抗冲击性能差、磨损量较大，特别是对列车运行的环境敏感，列车运行在雨季或者潮湿的环境中，会造成材料的摩擦系数降低，制动能力差。复合材料一般为碳/碳复合材料，主要以碳纤维增强的新型材料。碳/碳复合材料制造成本昂贵，目前仅适用于航天航空领域。
通过粉末冶金工艺制备粉末冶金摩擦材料，将各组分混合均匀后压制成坯料，然后放入烧结机中烧结成型。粉末冶金材料的优点为无组织偏析，但是一旦材料压制成型难以通过后期工艺改变材料的组织的。由于组元之间的粒度、密度、弹性模量、收缩系数等不同，摩擦材料在混合过程中会出现一定的分散不均匀，导致摩擦材料烧结后组织会出现一定程度的组织不均匀性，从而影响摩擦材料的物理性能和摩擦磨损性能。尤其是对于铜基粉末摩擦材料，其碳含量较高，在混合时很难混合均匀；同时，在混合过程中，金属粉末表面易形成碳膜，不利于烧结过程中基体的成型。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用多喷头3D分层打印装置制备一种高速列车制动摩擦材料，即利用多喷头3D分层打印装置，将金属混合粉与润滑组元(石墨、MoS2等)通过比例分别放入送料盒中，通过3D喷头装置在冷压模具中打印出摩擦材料坯料，再利用冷压成型技术将摩擦材料压制成型，经过热压烧结工艺或直接进行热压烧结成型制备出高速摩擦材料。
本发明的技术方案具体为：
一种利用3D打印装置制备的摩擦材料，金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：40~60%、Fe：5~30%、Sn：1~15%、Cr：0~10%、Cr-Fe：0~8%、SiO2：5~10%、Al2O3：3~15%，润滑组元按照以下质量分数进行配比，MoS2：0~6%、石墨：5~12%。
所述金属粉包括金属粉组元和摩擦组元。
一种利用3D打印装置制备所述的摩擦材料的方法为，采用多喷头3D分层打印装置，将金属粉和润滑组元分别放入3D打印装置不同的送料盒中，按照系统中设置的程序，将各喷头中的粉料按照比例逐层打印或平铺在模具中，制备坯料；
制备方法包括如下步骤：
（1）粉末的制备：将金属粉按照配比放入混料机中进行混合，将润滑组元按照配比放入混料机中进行混合；
（2）分层打印成型：将步骤（1）中混合的金属粉和润滑组元分别放入多喷头3D打印设备的送料盒中，利用多喷头3D逐层打印，将粉末按照要求逐层打印或平铺在冷压模具中，形成松装摩擦材料；
（3）冷压成型：将步骤（2）中打印的松装摩擦材料放入冷压成型设备中压制成粉末冶金摩擦材料；
（4）热压烧结：将步骤（3）中冷压成型的粉末冶金摩擦材料或直接将步骤（2）中打印的松装摩擦材料放入热压烧结机中进行热压烧结。
将金属粉按照配比放入V型混料机中混合4~8h，将润滑组元按照配比放入V型混料机中混合2~4h。
在冷压模具中分层打印时，每层中金属粉末和润滑组元按照面积比4~6:1进行打印，含Cr-Fe组元层高为0.5±0.05mm，含SiO2组元层高为0.7±0.05mm。
所述的冷压成型的成型压力为300~500MPa，保压时间为：30~60s。
热压烧结时，在550℃～950℃下保温0.5～10h烧制成型，保护气氛为还原性或惰性气体，烧结压力为0.5MPa～100Mpa。
进一步的热压烧结机时，在850℃～950℃下保温1～3h烧制成型，保护气氛为VH2：VN2=3:1或氩气，烧结压力为0.5MPa～5 Mpa。
3D打印装置的打印过程包括如下步骤，
（1）通过三维造型软件将三维模型参数导入多喷头3D分层打印机中，将混合均匀的粉末放入多喷头3D分层打印送料盒中；
（2）利用多喷头装置，将粉末按照比例打印在冷压模具中，逐层打印，松装尺寸按照摩擦材料的整体尺寸确定。
本发明的有益效果在于，本发明利用3D分层打印方法制备粉末冶金摩擦材料，主要包括如下工艺：采用多喷头3D打印装置，通过控制每个送料盒中的原材料，利用多个喷头所需粉末按照一定比例逐层打印或平铺在冷压模具中，待打印尺寸达到要求后，将模具放入冷压成型机中压制成型，然后放入热压烧结机中进行烧结，也可直接进行热压烧结。本发明可实现任意配比制备粉末冶金摩擦材料的制备及组织控制，制备出的摩擦材料具有组织均匀，摩擦系数稳定，磨损量小等优点，可制备高速摩擦材料或其他用途摩擦材料。通过多喷头3D分层打印装置可以控制组分的分布，设计灵活，得到的摩擦材料组织分布均匀，摩擦磨损性能优良，物理性能较好，解决了组元密度差别大的摩擦材料组织分布均匀性差的问题，尤其有利于高碳含量铜基粉末冶金摩擦材料的制备。
附图说明
图1为本发明的3D分层打印示意图。
图2为本发明实施例中含Cr-Fe摩擦组元铜基摩擦材料的显微组织图。
图3为本发明实施例中含SiO2摩擦组元铜基摩擦材料的显微组织图。
图中，1：喷头；2：润滑组元；3：金属粉。
具体实施方式
实施例1
（1）粉末的制备：将金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：40～53%，Fe：5～30%，Sn：1～15%，Cr：0～10%，Cr-Fe：0～8%，放入V型混料机中混合4～8h后取出；将润滑组元按照以下质量分数进行配比，MoS2：2~6%，石墨：5~12%，放入V型混料机中混合2～4h后取出。
（2）分层打印成型：将85g混合均匀的金属粉放入多喷头3D分层打印装置的一个喷头装置中，在另外一个喷头装置中装入15g混合均匀的润滑组元，在冷压模具中采用逐层打印，层高为0.5±0.05mm，每层中金属粉末和润滑组元按照面积比4~5:1进行打印。
（3）冷压成型：将上述分层打印完成的摩擦材料放入冷压成型设备中压制成型，成型压力为300~500MPa，保压时间为：30~60s。
（4）烧结成型：将冷压成型的摩擦材料压坯放入热压烧结机中，850℃～950℃下保温1～3h烧制成型，烧结压力为0.5~5MPa，烧结气氛为：VH2：VN2=3:1，自然冷却。
通过显微组织分析，如图2所示，发现采用多喷头3D分层打印技术制备的粉末冶金摩擦材料，其组织分布均匀，组织连续性较好。
实施例2
（1）粉末的制备：将金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：40%，Fe：30%，Sn：10%， Cr-Fe：8%，放入V型混料机中混合4h后取出；将润滑组元按照以下质量分数进行配比，MoS2：2%，石墨：10%，放入V型混料机中混合2h后取出。
（2）分层打印成型：将85g混合均匀的金属粉放入多喷头3D分层打印装置的一个喷头装置中，在另外一个喷头装置中装入15g混合均匀的润滑组元，在冷压模具中采用分层打印，层高为0.45mm，每层中金属粉末和润滑组元按照面积比4:1进行打印。
（3）冷压成型：将上述分层打印完成的摩擦材料放入冷压成型设备中压制成型，成型压力为300MPa，保压时间为：30s。
（4）烧结成型：将冷压成型的摩擦材料压坯放入热压烧结机中，850℃下保温3h烧制成型，烧结压力为0.5MPa，烧结气氛为：VH2：VN2=3:1，自然冷却。
通过显微组织分析，如图2所示，发现采用多喷头3D分层打印技术制备的粉末冶金摩擦材料，其组织分布均匀，组织连续性较好。
实施例3
（1）粉末的制备：将金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：50%，Fe：5%，Sn：15%， Cr：8%，Cr-Fe：8%，放入V型混料机中混合6h后取出；将润滑组元按照以下质量分数进行配比，MoS2：4%，石墨：10%，放入V型混料机中混合3h后取出。
（2）分层打印成型：将85g混合均匀的金属粉放入多喷头3D分层打印装置的一个喷头装置中，在另外一个喷头装置中装入15g混合均匀的润滑组元，在冷压模具中采用分层打印，层高为0.5mm，每层中金属粉末和润滑组元按照面积比5:1进行打印。
（3）冷压成型：将上述分层打印完成的摩擦材料放入冷压成型设备中压制成型，成型压力为400MPa，保压时间为：40s。
（4）烧结成型：将冷压成型的摩擦材料压坯放入热压烧结机中，900℃下保温2h烧制成型，烧结压力为2MPa，烧结气氛为：VH2：VN2=3:1，自然冷却。
通过显微组织分析，如图2所示，发现采用多喷头3D分层打印技术制备的粉末冶金摩擦材料，其组织分布均匀，组织连续性较好。
实施例4
（1）粉末的制备：将金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：53%，Fe：25%，Sn：1%， Cr：10%，放入V型混料机中混合8h后取出；将润滑组元按照以下质量分数进行配比，MoS2：6%，石墨：5%，放入V型混料机中混合4h后取出。
（2）分层打印成型：将85g混合均匀的金属粉放入多喷头3D分层打印装置的一个喷头装置中，在另外一个喷头装置中装入15g混合均匀的润滑组元，在冷压模具中采用分层打印，层高为0.55mm，每层中金属粉末和润滑组元按照面积比4:1进行打印。
（3）冷压成型：将上述分层打印完成的摩擦材料放入冷压成型设备中压制成型，成型压力为500MPa，保压时间为：50s。
（4）烧结成型：将冷压成型的摩擦材料压坯放入热压烧结机中，900℃下保温2h烧制成型，烧结压力为3MPa，烧结气氛为：氩气，自然冷却。
通过显微组织分析，如图2所示，发现采用多喷头3D分层打印技术制备的粉末冶金摩擦材料，其组织分布均匀，组织连续性较好。
实施例5
（1）粉末的制备：将金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：45%，Fe：15%，Sn：6%， Cr：10%，Cr-Fe：6%，放入V型混料机中混合8h后取出；将润滑组元按照以下质量分数进行配比，MoS2：6%，石墨：12%，放入V型混料机中混合4h后取出。
（2）分层打印成型：将85g混合均匀的金属粉放入多喷头3D分层打印装置的一个喷头装置中，在另外一个喷头装置中装入15g混合均匀的润滑组元，在冷压模具中采用分层打印，层高为0.55mm，每层中金属粉末和润滑组元按照面积比5:1进行打印。
（3）冷压成型：将上述分层打印完成的摩擦材料放入冷压成型设备中压制成型，成型压力为500MPa，保压时间为：60s。
（4）烧结成型：将冷压成型的摩擦材料压坯放入热压烧结机中，950℃下保温1h烧制成型，烧结压力为5MPa，烧结气氛为：VH2：VN2=3:1，自然冷却。
通过显微组织分析，如图2所示，发现采用多喷头3D分层打印技术制备的粉末冶金摩擦材料，其组织分布均匀，组织连续性较好。
实施例6
（1）粉末的制备：将金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：45～60%，Fe：15～30%，Sn：1～15%，Cr：4～10%，SiO2：5~10%，Al2O3：3~15%，放入V型混料机中混合4～8h后取出；将润滑组元按照以下质量分数进行配比，MoS2：0~6%，石墨：5~12%，放入V型混料机中混合2～4h后取出。
（2）分层打印成型：将85g混合均匀的金属粉放入多喷头3D分层打印装置的一个喷头装置中，在另外一个喷头装置中装入15g混合均匀的润滑组元，在冷压模具中采用分层打印，层高为0.7±0.05mm，每层中金属粉末和润滑组元按照面积比5~6:1进行打印。
（3）冷压成型：将上述分层打印完成的摩擦材料放入冷压成型设备中压制成型，成型压力为300~500MPa，保压时间为：30~60s。
（4）烧结成型：将冷压成型的摩擦材料压坯放入热压烧结机中，850℃～950℃下保温1～3h烧制成型，烧结压力为0.5~5MPa，烧结气氛为氩气，自然冷却。
通过显微组织分析，如图3所示，发现采用多喷头3D分层打印技术制备的粉末冶金摩擦材料，其组织分布均匀，组织连续性较好。
实施例7
（1）粉末的制备：将金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：45%，Fe：15%，Sn：15%，Cr：10%，SiO2：5%，Al2O3：3%，放入V型混料机中混合4h后取出；将润滑组元按照以下质量分数进行配比，MoS2：2%，石墨：5%，放入V型混料机中混合2h后取出。
（2）分层打印成型：将85g混合均匀的金属粉放入多喷头3D分层打印装置的一个喷头装置中，在另外一个喷头装置中装入15g混合均匀的润滑组元，在冷压模具中采用分层打印，层高为0.7mm，每层中金属粉末和润滑组元按照面积比5:1进行打印。
（3）冷压成型：将上述分层打印完成的摩擦材料放入冷压成型设备中压制成型，成型压力为400MPa，保压时间为：40s。
（4）烧结成型：将冷压成型的摩擦材料压坯放入热压烧结机中，900℃下保温2h烧制成型，烧结压力为3MPa，烧结气氛为氩气，自然冷却。
通过显微组织分析，如图3所示，发现采用多喷头3D分层打印技术制备的粉末冶金摩擦材料，其组织分布均匀，组织连续性较好。
实施例8
（1）粉末的制备：将金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：45%，Fe：15%，Sn：8%，Cr：8%，SiO2：5%，Al2O3：15%，放入V型混料机中混合6h后取出；将润滑组元按照以下质量分数进行配比，石墨：5%，放入V型混料机中混合3h后取出。
（2）分层打印成型：将170g混合均匀的金属粉放入多喷头3D分层打印装置的一个喷头装置中，在另外一个喷头装置中装入30g混合均匀的润滑组元，在冷压模具中采用分层打印，层高为0.75mm，每层中金属粉末和润滑组元按照面积比6:1进行打印。
（3）冷压成型：将上述分层打印完成的摩擦材料放入冷压成型设备中压制成型，成型压力为300MPa，保压时间为：30s。
（4）烧结成型：将冷压成型的摩擦材料压坯放入热压烧结机中，850℃下保温1h烧制成型，烧结压力为0.5MPa，烧结气氛为氩气，自然冷却。
通过显微组织分析，如图3所示，发现采用多喷头3D分层打印技术制备的粉末冶金摩擦材料，其组织分布均匀，组织连续性较好。
实施例9
（1）粉末的制备：将金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：50%，Fe：20%，Sn：5%，Cr：4%，SiO2：8%，Al2O3：3%，放入V型混料机中混合6h后取出；将润滑组元按照以下质量分数进行配比，石墨：10%，放入V型混料机中混合4h后取出。
（2）分层打印成型：将85g混合均匀的金属粉放入多喷头3D分层打印装置的一个喷头装置中，在另外一个喷头装置中装入15g混合均匀的润滑组元，在冷压模具中采用分层打印，层高为0.65mm，每层中金属粉末和润滑组元按照面积比5:1进行打印。
（3）冷压成型：将上述分层打印完成的摩擦材料放入冷压成型设备中压制成型，成型压力为500MPa，保压时间为：50s。
（4）烧结成型：将冷压成型的摩擦材料压坯放入热压烧结机中，950℃下保温1h烧制成型，烧结压力为5MPa，烧结气氛为氩气，自然冷却。
通过显微组织分析，如图3所示，发现采用多喷头3D分层打印技术制备的粉末冶金摩擦材料，其组织分布均匀，组织连续性较好。
实施例10
（1）粉末的制备：将金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：45%，Fe：30%，Sn：1%，Cr：4%，SiO2：5%，Al2O3：10%，放入V型混料机中混合8h后取出；将润滑组元按照以下质量分数进行配比，MoS2：4%，石墨：5%，放入V型混料机中混合4h后取出。
（2）分层打印成型：将85g混合均匀的金属粉放入多喷头3D分层打印装置的一个喷头装置中，在另外一个喷头装置中装入15g混合均匀的润滑组元，在冷压模具中采用分层打印，层高为0.65mm，每层中金属粉末和润滑组元按照面积比5:1进行打印。
（3）烧结成型：将打印的摩擦材料坯料放入热压烧结机中，920℃下保温3h烧制成型，烧结压力为2MPa，烧结气氛为氩气，自然冷却。
通过显微组织分析，如图3所示，发现采用多喷头3D分层打印技术制备的粉末冶金摩擦材料，其组织分布均匀，组织连续性较好。
实施例11
（1）粉末的制备：将金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：45%，Fe：15%，Sn：5%，Cr：6%，SiO2：10%，Al2O3：7%，放入V型混料机中混合8h后取出；将润滑组元按照以下质量分数进行配比，石墨：12%，放入V型混料机中混合4h后取出。
（2）分层打印成型：将170g混合均匀的金属粉放入多喷头3D分层打印装置的一个喷头装置中，在另外一个喷头装置中装入30g混合均匀的润滑组元，在冷压模具中采用分层打印，层高为0.7mm，每层中金属粉末和润滑组元按照面积比5:1进行打印。
（3）冷压成型：将上述分层打印完成的摩擦材料放入冷压成型设备中压制成型，成型压力为500MPa，保压时间为：60s。
（4）烧结成型：将冷压成型的摩擦材料压坯放入热压烧结机中，900℃下保温2h烧制成型，烧结压力为3MPa，烧结气氛为氩气，自然冷却。
通过显微组织分析，如图3所示，发现采用多喷头3D分层打印技术制备的粉末冶金摩擦材料，其组织分布均匀，组织连续性较好。
实施例12
（1）粉末的制备：将金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：60%，Fe：15%，Sn：1%，Cr：4%，SiO2：5%，Al2O3：3%，放入V型混料机中混合8h后取出；将润滑组元按照以下质量分数进行配比，MoS2：6%，石墨：6%，放入V型混料机中混合4h后取出。
（2）分层打印成型：将85g混合均匀的金属粉放入多喷头3D分层打印装置的一个喷头装置中，在另外一个喷头装置中装入15g混合均匀的润滑组元，在冷压模具中采用分层打印，层高为0.7mm，每层中金属粉末和润滑组元按照面积比5:1进行打印。
（3）冷压成型：将上述分层打印完成的摩擦材料放入冷压成型设备中压制成型，成型压力为500MPa，保压时间为：60s。
（4）烧结成型：将冷压成型的摩擦材料压坯放入热压烧结机中，950℃下保温3h烧制成型，烧结压力为5MPa，烧结气氛为氩气，自然冷却。
通过显微组织分析，如图3所示，发现采用多喷头3D分层打印技术制备的粉末冶金摩擦材料，其组织分布均匀，组织连续性较好。
按照上述实施例制造的摩擦材料力学性能如下表：
硬度/HB 致密度/% 摩擦系数/μ
含Cr-Fe摩擦组元铜基摩擦材料 20~28 84.8~86.1 0.375~0.431
含SiO2摩擦组元铜基摩擦材料 25~30 82.5~84.6 0.325~0.388
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用3D打印装置制备的摩擦材料，其特征在于：金属粉按照以下质量分数进行配比，Cu：40~60%、Fe：5~30%、Sn：1~15%、Cr：0~10%、Cr-Fe：0~8%、SiO2：5~10%、Al2O3：3~15%，润滑组元按照以下质量分数进行配比，MoS2：0~6%、石墨：5~12%。
2.如权利要求1所述的利用3D打印装置制备的摩擦材料，其特征在于：所述金属粉包括金属粉组元和摩擦组元。
3.一种利用3D打印装置制备如权利要求1所述摩擦材料的方法，其特征在于：采用多喷头3D分层打印装置，将金属粉和润滑组元分别放入3D打印装置不同的送料盒中，按照系统中设置的程序，将各喷头中的粉料按照比例逐层打印或平铺在模具中，制备坯料；
制备方法包括如下步骤：
（1）粉末的制备：将金属粉按照配比放入混料机中进行混合，将润滑组元按照配比放入混料机中进行混合；
（2）分层打印成型：将步骤（1）中混合的金属粉和润滑组元分别放入多喷头3D打印设备的送料盒中，利用多喷头3D打印装置逐层打印，将粉末按照要求逐层打印或平铺在冷压模具中，形成松装摩擦材料；
（3）冷压成型：将步骤（2）中打印的松装摩擦材料放入冷压成型设备中压制成粉末冶金摩擦材料；
（4）热压烧结：将步骤（3）中冷压成型的粉末冶金摩擦材料或直接将步骤（2）中打印的松装摩擦材料放入热压烧结机中进行热压烧结。
4.如权利要求3所述的利用3D打印装置制备摩擦材料的方法，其特征在于：将金属粉按照配比放入V型混料机中混合4~8h，将润滑组元按照配比放入V型混料机中混合2~4h。
5.如权利要求3所述的利用3D打印装置制备摩擦材料的方法，其特征在于：在冷压模具中分层打印时，每层中金属粉末和润滑组元按照面积比4~6:1进行打印，含Cr-Fe组元层高为0.5±0.05mm，含SiO2组元层高为0.7±0.05mm。
6.如权利要求3所述的利用3D打印装置制备摩擦材料的方法，其特征在于：冷压成型的成型压力为300~500MPa，保压时间为：30~60s。
7.如权利要求3所述的利用3D打印装置制备摩擦材料的方法，其特征在于：热压烧结时，在550℃～950℃下保温0.5～10h烧制成型，保护气氛为还原性或惰性气体，烧结压力为0.5MPa～100Mpa。
8.如权利要求7所述的利用3D打印装置制备摩擦材料的方法，其特征在于：进一步的在热压烧结机时，在850℃～950℃下保温1～3h烧制成型，保护气氛为VH2：VN2=3:1或氩气，烧结压力为0.5MPa～5 Mpa。
9.如权利要求3~8任一项所述的利用3D打印装置制备摩擦材料的方法，其特征在于：3D打印装置的打印过程包括如下步骤，
（1）通过三维造型软件将三维模型参数导入多喷头3D分层打印机中，将混合均匀的粉末放入多喷头3D分层打印送料盒中；
（2）利用多喷头装置，将粉末按照比例打印在冷压模具中，逐层打印，松装尺寸按照摩擦材料的整体尺寸确定。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109136627A (zh) * 2018-10-16 2019-01-04 北京天宜上佳高新材料股份有限公司 磁悬浮列车用摩擦材料及其制备方法和应用
CN109266896A (zh) * 2018-11-07 2019-01-25 北京天仁道和新材料有限公司 一种高速列车制动用梯度摩擦体及其制备方法
CN109468487A (zh) * 2018-12-30 2019-03-15 郑州轻工业学院 一种碳化钨增强铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法
CN111926269A (zh) * 2020-07-03 2020-11-13 郑州轻工业大学 一种连续碳纤维增强金属基复合材料的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004217959A (ja) * 2003-01-10 2004-08-05 Sumitomo Bakelite Co Ltd 銅微粒子の製造方法
CN1995436A (zh) * 2006-11-03 2007-07-11 大连交通大学 一种铜基粒子强化摩擦材料
CN103785824A (zh) * 2013-12-12 2014-05-14 北京百慕航材高科技股份有限公司 一种重载车辆制动用粉末冶金摩擦副及其制备工艺
CN103939509A (zh) * 2014-04-22 2014-07-23 浙江天乐新材料科技有限公司 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
CN106378453A (zh) * 2016-12-13 2017-02-08 西迪技术股份有限公司 一种闸片及其制备方法
CN107142392A (zh) * 2017-04-26 2017-09-08 湖南博科瑞新材料有限责任公司 一种高速列车制动用摩擦材料及其制备方法、高速列车刹车块和高速列车闸片

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004217959A (ja) * 2003-01-10 2004-08-05 Sumitomo Bakelite Co Ltd 銅微粒子の製造方法
CN1995436A (zh) * 2006-11-03 2007-07-11 大连交通大学 一种铜基粒子强化摩擦材料
CN103785824A (zh) * 2013-12-12 2014-05-14 北京百慕航材高科技股份有限公司 一种重载车辆制动用粉末冶金摩擦副及其制备工艺
CN103939509A (zh) * 2014-04-22 2014-07-23 浙江天乐新材料科技有限公司 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
CN106378453A (zh) * 2016-12-13 2017-02-08 西迪技术股份有限公司 一种闸片及其制备方法
CN107142392A (zh) * 2017-04-26 2017-09-08 湖南博科瑞新材料有限责任公司 一种高速列车制动用摩擦材料及其制备方法、高速列车刹车块和高速列车闸片

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109136627A (zh) * 2018-10-16 2019-01-04 北京天宜上佳高新材料股份有限公司 磁悬浮列车用摩擦材料及其制备方法和应用
CN109266896A (zh) * 2018-11-07 2019-01-25 北京天仁道和新材料有限公司 一种高速列车制动用梯度摩擦体及其制备方法
CN109266896B (zh) * 2018-11-07 2020-01-14 北京天仁道和新材料有限公司 一种高速列车制动用梯度摩擦体及其制备方法
CN109468487A (zh) * 2018-12-30 2019-03-15 郑州轻工业学院 一种碳化钨增强铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法
CN109468487B (zh) * 2018-12-30 2020-07-07 郑州轻工业学院 一种碳化钨增强铜基粉末冶金摩擦材料及其制备方法
CN111926269A (zh) * 2020-07-03 2020-11-13 郑州轻工业大学 一种连续碳纤维增强金属基复合材料的制备方法

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