CN108840699A - 一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片及其制备方法，包括高温处理的刹车片预制体和预制体表面的储热材料；所述储热材料按重量份数计算，包括400目的片状石墨10‑15份、碳酸钙55‑60份、碳酸钾50～60份、硅酸钠5‑6份、氧化铍10～15份、氮化硅20～25份。刹车片表面利用无机盐的潜热和复合材料的显热储存热能，这种潜热/显热复合既保持着潜热储能密度大且能量输出稳定的特点，能够吸收大量刹车造成产生的热量，延长刹车片的升温速度，保证刹车片的刹车性能，并且在刹车结束后能够快速的将热量与周围流动空气换热，将内部热量释放，保证刹车片长时间使用，提高使用安全性。

Description

一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷基材料，具体是一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片及其制备方法。
背景技术
目前高速列车常用的制动装置摩擦对偶的制动盘摩擦片采用铸钢材料制备，闸片摩擦块采用粉末冶金材料制备，这种摩擦对偶的设计可以满足目前高铁运行的速度在250km/h～350km/h的要求，但是随着高速铁路领域的快速发展，对高速列车制动装置有了更高的要求，不仅要求刹车装置可以满足更高运行速度的刹车要求，还要求刹车装置达到进一步减重的目的，并且刹车性能更加平稳可靠。新一代碳基复合刹车材料相比于粉末冶金材料具有更高的使用温度、更轻的重量与更加优异的刹车性能，目前在航空飞行器刹车领域广泛应用，是替代粉末冶金成为新一代高速列车刹车材料的首选。碳基复合材料作为高速列车装置摩擦材料，需要满足高速列车刹车装置摩擦对偶摩擦系数要求、摩擦对偶磨损差异性能要求以及摩擦对偶环境适应性要求，针对高速列车摩擦对偶的刹车性能要求，采用碳纤维增强陶瓷基复合材料制备高速列车刹车装置制动盘摩擦片与闸片摩擦块，其中动盘摩擦片与闸片摩擦块采用不同的陶瓷相进行改性处理，以得摩擦系数稳定、环境适应性良好以及具有不同磨损性的摩擦对偶，满足高速列车刹车装置的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片,包括高温处理的刹车片预制体和预制体表面的储热材料；
预制体的高温处理，其处理方法包括以下步骤：
第一步：将预制体置于高温热处理炉中，进行热处理，热处理温度为2500-3000℃，保温时间为5h；
第二步：将上述热处理后的预制体置于化学气相沉积炉中，进行沉积，气源为天
然气，沉积时间为400-600h，沉积温度为1000-1200℃，沉积至密度为1.5g/cm3～1.6g/cm3；
第三步：将达到规定密度的预制体置于高温热处理炉中热处理，温度为2500℃～3000℃，保温时间为5h；
第四步：热处理的预制体自然冷却待用。
所述储热材料按重量份数计算，包括有400目的片状石墨10-15份、碳酸钙55-60份、碳酸钾50～60份、硅酸钠5-6份、氧化铍10～15份、氮化硅20～25份，制备方法包括以下步骤：
S1：将碳酸钙55-60份、碳酸钾50～60份、硅酸钠5-6份、氧化铍10～15份混合均匀，向混合物中加入无水乙醇和氧化铍瓷球，混合球磨2～3h，过200目筛得料浆1；
S2：将氮化硅20～25份、片状石墨10-15份混合均匀，向混合物中加入无水乙醇和氧化铝瓷球，混合球磨1～2h，过200目筛得料浆2；
S3：将上述浆料1和浆料2混合，继续球磨1～2h，过300目筛，得储热材料料液。
一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片的制备方法，包括以下步骤：
A1：将储热材料第一次均匀涂抹于预制体的表面，然后进行高温烧结，烧结温度1500～1600℃，烧结时间4～5h，烧结完成后，保温20～30min，自然冷却，坯料1；烧结时采用的升温制度是：以5℃/s的升温速率，室温～200℃，200℃保温30min；以5℃/s的升温速率，200～700℃，700℃保温40min；以3℃/s的升温速率，700～烧结温度；
A2：将储热材料再次均匀涂抹于坯料1的表面，然后进行高温烧结，烧结温度1000～1200℃，烧结时间3～4h，烧结完成后，保温20～30min，自然冷却，坯料2；A2烧结时采用的升温制度是：以3℃/s的升温速率，室温～200℃，200℃保温30min；以3℃/s的升温速率，200～700℃，700℃保温40min；以3℃/s的升温速率，700～烧结温度；
A3：将所得的坯料2进行精加工，打磨表面，获得所述的陶瓷基复合材料刹车片。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：刹车片表面利用无机盐的潜热和复合材料的显热储存热能，这种潜热/显热复合既保持着潜热储能密度大且能量输出稳定的特点，能够吸收大量刹车造成产生的热量，延长刹车片的升温速度，保证刹车片的刹车性能，并且在刹车结束后能够快速的将热量与周围流动空气换热，将内部热量释放，保证刹车片长时间使用，提高使用安全性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片,包括高温处理的刹车片预制体和预制体表面的储热材料；所述储热材料按重量份数计算，包括有400目的片状石墨10份、碳酸钙55份、碳酸钾50份、硅酸钠5份、氧化铍10份、氮化硅20份。
预制体的高温处理，其处理方法包括以下步骤：
第一步：将预制体置于高温热处理炉中，进行热处理，热处理温度为2500-3000℃，保温时间为5h；
第二步：将上述热处理后的预制体置于化学气相沉积炉中，进行沉积，气源为天
然气，沉积时间为400-600h，沉积温度为1000-1200℃，沉积至密度为1.5g/cm3～1.6g/cm3；
第三步：将达到规定密度的预制体置于高温热处理炉中热处理，温度为2500℃～3000℃，保温时间为5h；
第四步：热处理的预制体自然冷却待用。
储热材料的制备方法包括以下步骤：
S1：将碳酸钙55份、碳酸钾50份、硅酸钠5份、氧化铍10份混合均匀，向混合物中加入无水乙醇和氧化铍瓷球，混合球磨2～3h，过200目筛得料浆1；
S2：将氮化硅20份、片状石墨10份混合均匀，向混合物中加入无水乙醇和氧化铝瓷球，混合球磨1～2h，过200目筛得料浆2；
S3：将上述浆料1和浆料2混合，继续球磨1～2h，过300目筛，得储热材料料液。
一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片的制备方法，包括以下步骤：
A1：将储热材料第一次均匀涂抹于预制体的表面，然后进行高温烧结，烧结温度1500～1600℃，烧结时间4～5h，烧结完成后，保温20～30min，自然冷却，坯料1；烧结时采用的升温制度是：以5℃/s的升温速率，室温～200℃，200℃保温30min；以5℃/s的升温速率，200～700℃，700℃保温40min；以3℃/s的升温速率，700～烧结温度；
A2：将储热材料再次均匀涂抹于坯料1的表面，然后进行高温烧结，烧结温度1000～1200℃，烧结时间3～4h，烧结完成后，保温20～30min，自然冷却，坯料2；A2烧结时采用的升温制度是：以3℃/s的升温速率，室温～200℃，200℃保温30min；以3℃/s的升温速率，200～700℃，700℃保温40min；以3℃/s的升温速率，700～烧结温度；
A3：将所得的坯料2进行精加工，打磨表面，获得所述的陶瓷基复合材料刹车片。
实施例2
本发明实施例中，一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片,包括高温处理的刹车片预制体和预制体表面的储热材料；所述储热材料按重量份数计算，包括有400目的片状石墨13份、碳酸钙58份、碳酸钾55份、硅酸钠5.5份、氧化铍13份、氮化硅23份。
预制体的高温处理，其处理方法包括以下步骤：
第一步：将预制体置于高温热处理炉中，进行热处理，热处理温度为2500-3000℃，保温时间为5h；
第二步：将上述热处理后的预制体置于化学气相沉积炉中，进行沉积，气源为天
然气，沉积时间为400-600h，沉积温度为1000-1200℃，沉积至密度为1.5g/cm3～1.6g/cm3；
第三步：将达到规定密度的预制体置于高温热处理炉中热处理，温度为2500℃～3000℃，保温时间为5h；
第四步：热处理的预制体自然冷却待用。
储热材料的制备方法包括以下步骤：
S1：将碳酸钙58份、碳酸钾55份、硅酸钠5.5份、氧化铍13份混合均匀，向混合物中加入无水乙醇和氧化铍瓷球，混合球磨2～3h，过200目筛得料浆1；
S2：将氮化硅23份、片状石墨13份混合均匀，向混合物中加入无水乙醇和氧化铝瓷球，混合球磨1～2h，过200目筛得料浆2；
S3：将上述浆料1和浆料2混合，继续球磨1～2h，过300目筛，得储热材料料液。
一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片的制备方法，包括以下步骤：
A1：将储热材料第一次均匀涂抹于预制体的表面，然后进行高温烧结，烧结温度1500～1600℃，烧结时间4～5h，烧结完成后，保温20～30min，自然冷却，坯料1；烧结时采用的升温制度是：以5℃/s的升温速率，室温～200℃，200℃保温30min；以5℃/s的升温速率，200～700℃，700℃保温40min；以3℃/s的升温速率，700～烧结温度；
A2：将储热材料再次均匀涂抹于坯料1的表面，然后进行高温烧结，烧结温度1000～1200℃，烧结时间3～4h，烧结完成后，保温20～30min，自然冷却，坯料2；A2烧结时采用的升温制度是：以3℃/s的升温速率，室温～200℃，200℃保温30min；以3℃/s的升温速率，200～700℃，700℃保温40min；以3℃/s的升温速率，700～烧结温度；
A3：将所得的坯料2进行精加工，打磨表面，获得所述的陶瓷基复合材料刹车片。
实施例3
本发明实施例中，一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片,包括高温处理的刹车片预制体和预制体表面的储热材料；所述储热材料按重量份数计算，包括有400目的片状石墨15份、碳酸钙60份、碳酸钾60份、硅酸钠6份、氧化铍15份、氮化硅25份。
预制体的高温处理，其处理方法包括以下步骤：
第一步：将预制体置于高温热处理炉中，进行热处理，热处理温度为2500-3000℃，保温时间为5h；
第二步：将上述热处理后的预制体置于化学气相沉积炉中，进行沉积，气源为天
然气，沉积时间为400-600h，沉积温度为1000-1200℃，沉积至密度为1.5g/cm3～1.6g/cm3；
第三步：将达到规定密度的预制体置于高温热处理炉中热处理，温度为2500℃～3000℃，保温时间为5h；
第四步：热处理的预制体自然冷却待用。
储热材料的制备方法包括以下步骤：
S1：将碳酸钙60份、碳酸钾60份、硅酸钠6份、氧化铍15份混合均匀，向混合物中加入无水乙醇和氧化铍瓷球，混合球磨2～3h，过200目筛得料浆1；
S2：将氮化硅20～25份、片状石墨10-15份混合均匀，向混合物中加入无水乙醇和氧化铝瓷球，混合球磨1～2h，过200目筛得料浆2；
S3：将上述浆料1和浆料2混合，继续球磨1～2h，过300目筛，得储热材料料液。
一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片的制备方法，包括以下步骤：
A1：将储热材料第一次均匀涂抹于预制体的表面，然后进行高温烧结，烧结温度1500～1600℃，烧结时间4～5h，烧结完成后，保温20～30min，自然冷却，坯料1；烧结时采用的升温制度是：以5℃/s的升温速率，室温～200℃，200℃保温30min；以5℃/s的升温速率，200～700℃，700℃保温40min；以3℃/s的升温速率，700～烧结温度；
A2：将储热材料再次均匀涂抹于坯料1的表面，然后进行高温烧结，烧结温度1000～1200℃，烧结时间3～4h，烧结完成后，保温20～30min，自然冷却，坯料2；A2烧结时采用的升温制度是：以3℃/s的升温速率，室温～200℃，200℃保温30min；以3℃/s的升温速率，200～700℃，700℃保温40min；以3℃/s的升温速率，700～烧结温度；
A3：将所得的坯料2进行精加工，打磨表面，获得所述的陶瓷基复合材料刹车片。
本发明的工作原理是：
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片，其特征在于，包括高温处理的刹车片预制体和预制体表面的储热材料。
2.根据权利要求1所述的一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片，其特征在于，预制体的高温处理方法包括以下步骤：
第一步：将预制体置于高温热处理炉中，进行热处理，热处理温度为2500-3000℃，保温时间为5h；
第二步：将上述热处理后的预制体置于化学气相沉积炉中，进行沉积，气源为天然气，沉积时间为400-600h，沉积温度为1000-1200℃，沉积至密度为1.5g/cm3～1.6g/cm3；
第三步：将达到规定密度的预制体置于高温热处理炉中热处理，温度为2500℃～3000℃，保温时间为5h；
第四步：热处理的预制体自然冷却待用。
3.根据权利要求1所述的一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片，其特征在于，按重量份数计算，所述储热材料包括有400目的片状石墨10-15份、碳酸钙55-60份、碳酸钾50～60份、硅酸钠5-6份、氧化铍10～15份、氮化硅20～25份。
4.根据权利要求3所述的一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片，其特征在于，所述储热材料的制备方法包括以下步骤：
S1：将碳酸钙55-60份、碳酸钾50～60份、硅酸钠5-6份、氧化铍10～15份混合均匀，向混合物中加入无水乙醇和氧化铍瓷球，混合球磨2～3h，过200目筛得料浆1；
S2：将氮化硅20～25份、片状石墨10-15份混合均匀，向混合物中加入无水乙醇和氧化铝瓷球，混合球磨1～2h，过200目筛得料浆2；
S3：将上述浆料1和浆料2混合，继续球磨1～2h，过300目筛，得储热材料料液。
5.一种如权利要求1-4任一所述的一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1：将储热材料第一次均匀涂抹于预制体的表面，然后进行高温烧结，烧结温度1500～1600℃，烧结时间4～5h，烧结完成后，保温20～30min，自然冷却，坯料1；
A2：将储热材料再次均匀涂抹于坯料1的表面，然后进行高温烧结，烧结温度1000～1200℃，烧结时间3～4h，烧结完成后，保温20～30min，自然冷却，坯料2；
A3：将所得的坯料2进行精加工，打磨表面，获得所述的陶瓷基复合材料刹车片。
6.根据权利要求5所述的一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于，A1烧结时采用的升温制度是：以5℃/s的升温速率，室温～200℃，200℃保温30min；以5℃/s的升温速率，200～700℃，700℃保温40min；以3℃/s的升温速率，700～烧结温度。
7.根据权利要求5所述的一种储热型高速列车陶瓷基复合材料刹车片的制备方法，其特征在于，A2烧结时采用的升温制度是：以3℃/s的升温速率，室温～200℃，200℃保温30min；以3℃/s的升温速率，200～700℃，700℃保温40min；以3℃/s的升温速率，700～烧结温度。
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