CN110357437A - 一种微晶玻璃刹车盘及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微晶玻璃刹车盘及其制备方法。微晶玻璃刹车盘包括刹车盘本体和覆盖至少部分刹车盘本体的铝合金外层，刹车盘本体的材质为微晶玻璃。本发明的微晶玻璃刹车盘散热快、重量轻，成品率高。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷刹车盘领域，特别涉及一种微晶玻璃刹车盘及其制备方法。
背景技术
现有的刹车盘通常由铸铁或钢制成，这种刹车盘散热慢、重量大，在高速状态下刹车或长时间刹车时容易造成刹车盘温度过高，进而导致摩擦力降低而导致刹车失效。
微晶玻璃又称为陶瓷玻璃，是将原料熔融后控制晶化而制得的固体材料，具有玻璃和陶瓷的双重特性。微晶玻璃由晶体组成，其原子排列有规律，因此，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，而又比玻璃韧性强。微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点，优于天然石材和陶瓷，可用于建筑幕墙及室内高档装饰，还可做机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料、微波炉耐热列器皿、化工与防腐材料和矿山耐磨材料等。
如何提供一种散热快、重量轻的刹车盘成为本领域亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种散热快、重量轻的微晶玻璃刹车盘。
根据本发明的第一方面，提供了一种微晶玻璃刹车盘。
该微晶玻璃刹车盘包括刹车盘本体和覆盖至少部分所述刹车盘本体的铝合金外层；其中，
所述刹车盘本体的材质为微晶玻璃，所述微晶玻璃按重量份计包括如下成分：
且所述微晶玻璃的主晶相为Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4和Ca5F(PO4)3。
可选的，所述铝合金外层的厚度大于等于5mm。
可选的，所述微晶玻璃按重量份计包括如下成分：
可选的，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4和Ca5F(PO4)3的重量比为(3-4):(1-2)。
可选的，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4具有片状结构，所述Ca5F(PO4)3具有针状结构，且所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4和所述Ca5F(PO4)3构成网状结构。
可选的，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4的晶体长为1μm-25μm，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4的晶体厚度小于等于1μm，所述Ca5F(PO4)3的晶体长小于等于100μm。
可选的，所述微晶玻璃按重量份计还包括1-3份的硝酸钠。
根据本发明的第二方面，提供了一种本发明的微晶玻璃刹车盘的制备方法。
该微晶玻璃刹车盘的制备方法包括如下步骤：
(1)将刹车盘本体放置在模具内，以1℃/min-10℃/min的速率升温至400℃-500℃；
(2)采用喷射成形工艺将铝合金覆盖在至少部分刹车盘本体上，以在刹车盘本体上形成铝合金外层。
可选的，所述步骤(1)中的刹车盘本体的制备包括如下步骤：
(a)将原料称重后混合获得基础料；
(b)将所述步骤(a)中得到的基础料在1300℃～1400℃下熔化16h～20h，澄清后得到玻璃液；
(c)将所述步骤(b)中的玻璃液在1050℃～1100℃下压延成型，制成半成品板材；
(d)将所述步骤(c)中的半成品板材经过2h～6h升温至500℃～550℃后保温1h～2h进行一次核化处理，再经过10min-30min升温至600℃～650℃后保温0.5h～1h进行二次核化处理，接着经过0.5h-1.5h升温至700℃-850℃后保温0.5h-2h进行一次晶化处理，再接着经过10min-30min升温至900℃-950℃后保温0.5h-2h进行二次晶化处理，匀速退火后即制得刹车盘本体。
可选的，所述步骤(a)中选择石英砂、萤石、氧化铝、方解石、纯碱、碳酸钾、硝酸钠、五氧化二磷、氧化锆和氧化锌中的一种或多种作为原料提供微晶玻璃的成分组成。
本发明的微晶玻璃刹车盘散热快、重量轻，成品率高。
本发明的微晶玻璃刹车盘的制备方法简单易行，制得的刹车盘的硬度、韧性和耐磨性俱佳。
具体实施方式
为使发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
为了解决现有的刹车盘散热慢，重量大的问题，本发明提供了一种微晶玻璃刹车盘。
本发明的微晶玻璃刹车盘包括刹车盘本体和覆盖至少部分刹车盘本体的铝合金外层。根据实际需求，铝合金外层可仅覆盖在刹车盘本体的部分表面上，或者铝合金外层可包覆在整个刹车盘本体的外表面上。
刹车盘本体的材质为微晶玻璃，微晶玻璃的各组份按重量份计可限定如下：
二氧化硅赋予微晶玻璃良好的化学稳定性和热稳定性，能提高微晶玻璃的强度，降低微晶玻璃的膨胀系数，因此二氧化硅的含量设定为：40-70份二氧化硅。进一步的，二氧化硅的含量设定为45-70份。
氧化钾为良好的助溶剂，能提高微晶玻璃的光泽度，促进玻璃液的熔化和澄清，还能降低玻璃液的粘度，因此氧化钾的含量设定为：3-10份氧化钾。
氧化钙能降低玻璃液的高温粘度，促进玻璃液的熔化和澄清，增加微晶玻璃的化学稳定性、机械强度和硬度，因此氧化钙的含量设定为：20-32份氧化钙。进一步的，氧化钙的含量设定为25-32份。
氟是一种优良的乳浊剂，因此氟的含量设定为：3-11份氟。进一步的，氟的含量设定为10-11份。
氧化钠能降低玻璃液的粘度，促进玻璃液的熔化和澄清，因此氧化钠的含量设定为：6-12份氧化钠。进一步地，氧化钠的含量设定为6-8份。
五氧化二磷是形成Ca5F(PO4)3晶相的晶核剂，并且可降低玻璃熔体的粘度，有助于氧化锆的熔解，因此五氧化二磷的含量设定为：3-6份五氧化二磷。
氧化铝能够降低微晶玻璃的析晶倾向，提高化学稳定性和机械强度及硬度，改善热稳定性，降低电绝缘性，因此氧化铝的含量设定为：1-3份氧化铝。
氧化锆能够增加微晶玻璃的化学稳定性，因此氧化锆的含量设定为：3-15份氧化锆。进一步的，氧化锆的含量设定为10-15份。
氧化锌可降低微晶玻璃的软化点温度，改善微晶玻璃的化学稳定性，因此氧化锌的含量设定为：1.4-3份氧化锌。
硝酸钠可提高微晶玻璃的耐磨性，因此硝酸钠的含量设定为：1-3份硝酸钠。
本发明的微晶玻璃刹车盘的刹车盘本体的制备可包括如下步骤：
步骤(a)将原料称重后混合获得基础料。
具体实施时，可选择石英砂、萤石、氧化铝、方解石、钾长石、钠长石、石灰石、纯碱、碳酸钾、硝酸钠、五氧化二磷、氧化锆和氧化锌中的一种或多种作为原料提供微晶玻璃的成分组成。
步骤(b)将步骤(a)中得到的基础料在1300℃～1400℃下熔化16h～20h，澄清后得到玻璃液。可选的，熔化的过程中还可加入了基础料的0.5wt％的澄清剂，也即是，澄清剂的质量为基础料的质量的0.5％。
为了避免易挥发的氟、磷等元素的损失，熔化温度进一步地可为1300℃～1350℃。
步骤(c)将步骤(b)中的玻璃液在1050℃～1100℃下压延成型，制成半成品板材。上述半成品板材的厚度根据微晶玻璃刹车盘的具体参数要求设定，本发明对此不作进一步地限定。
步骤(d)将步骤(c)中的半成品板材经过2h～6h升温至500℃～550℃后保温1h～2h进行一次核化处理，再经过10min-30min升温至600℃～650℃后保温0.5h～1h进行二次核化处理，接着经过0.5h-1.5h升温至700℃-850℃后保温0.5h-2h进行一次晶化处理，再接着经过10min-30min升温至900℃-950℃后保温0.5h-2h进行二次晶化处理，匀速退火后即制得刹车盘本体。多次核化和晶化处理有利于微晶玻璃中不同晶相的形成。
上述实施方式中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所使用的材料和试剂，如无特殊说明，均可从商业途径得到，实验中使用的设备如无特殊说明，均为本领域技术人员熟知的设备。
表1为在不同成分组成下刹车盘本体的性能参数表。
如表1所示，本发明的材质为微晶玻璃的刹车盘本体具有较高的弯曲强度和抗压强度，硬度高，冲击韧性强，耐磨性好，可加工性能好。
表1
虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不被限定于上述实施例，而只受所附权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。
Claims (10)
1.一种微晶玻璃刹车盘，其特征在于，包括刹车盘本体和覆盖至少部分所述刹车盘本体的铝合金外层；其中，
所述刹车盘本体的材质为微晶玻璃，所述微晶玻璃按重量份计包括如下成分：
且所述微晶玻璃的主晶相为Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4和Ca5F(PO4)3。
2.根据权利要求1所述的微晶玻璃刹车盘，其特征在于，所述铝合金外层的厚度大于等于5mm。
3.根据权利要求1所述的微晶玻璃刹车盘，其特征在于，所述微晶玻璃按重量份计包括如下成分：
4.根据权利要求1所述的微晶玻璃刹车盘，其特征在于，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4和Ca5F(PO4)3的重量比为(3-4):(1-2)。
5.根据权利要求1所述的微晶玻璃刹车盘，其特征在于，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4具有片状结构，所述Ca5F(PO4)3具有针状结构，且所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4和所述Ca5F(PO4)3构成网状结构。
6.根据权利要求1所述的微晶玻璃刹车盘，其特征在于，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4的晶体长为1μm-25μm，所述Na4～3K2～3Ca5(Si12O30)F4的晶体厚度小于等于1μm，所述Ca5F(PO4)3的晶体长小于等于100μm。
7.根据权利要求1所述的微晶玻璃刹车盘，其特征在于，所述微晶玻璃按重量份计还包括1-3份的硝酸钠。
8.一种权利要求1至7任一项中所述的微晶玻璃刹车盘的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将刹车盘本体放置在模具内，以1℃/min-10℃/min的速率升温至400℃-500℃；
(2)采用喷射成形工艺将铝合金覆盖在至少部分刹车盘本体上，以在刹车盘本体上形成铝合金外层。
9.根据权利要求8所述的微晶玻璃刹车盘的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的刹车盘本体的制备包括如下步骤：
(a)将原料称重后混合获得基础料；
(b)将所述步骤(a)中得到的基础料在1300℃～1400℃下熔化16h～20h，澄清后得到玻璃液；
(c)将所述步骤(b)中的玻璃液在1050℃～1100℃下压延成型，制成半成品板材；
(d)将所述步骤(c)中的半成品板材经过2h～6h升温至500℃～550℃后保温1h～2h进行一次核化处理，再经过10min-30min升温至600℃～650℃后保温0.5h～1h进行二次核化处理，接着经过0.5h-1.5h升温至700℃-850℃后保温0.5h-2h进行一次晶化处理，再接着经过10min-30min升温至900℃-950℃后保温0.5h-2h进行二次晶化处理，匀速退火后即制得刹车盘本体。
10.根据权利要求9所述的微晶玻璃刹车盘的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)中选择石英砂、萤石、氧化铝、方解石、纯碱、碳酸钾、硝酸钠、五氧化二磷、氧化锆和氧化锌中的一种或多种作为原料提供微晶玻璃的成分组成。
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