CN114321240A - 一种重载车辆用带式制动器摩擦副及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制动器摩擦副技术领域，尤其涉及一种重载车辆用带式制动器摩擦副及其制造方法。本发明提供重载车辆用带式制动器摩擦副包括分体式制动轮1，所述分体式制动轮1包括轮体和设置于所述轮体外周面上的若干第一摩擦片14；与所述分体式制动轮1相适配的分体式制动带2，所述分体式制动带2包括带皮21，设置于所述带皮21表面的若干衬片23，以及设置于每片所述衬片23表面的第二摩擦片22；所述轮体的材料密度＞所述第一摩擦片14的材料密度；所述第一摩擦片14和第二摩擦片22的材质为碳纤维增韧多元陶瓷‑金属复合材料，极大提高了摩擦副的耐高温性能、耐磨性能和抗氧化性能。

Description

一种重载车辆用带式制动器摩擦副及其制造方法

技术领域

本发明涉及制动器摩擦副技术领域，尤其涉及一种重载车辆用带式制动器摩擦副及其制造方法。

背景技术

制动器摩擦副作为重载车辆制动的核心部件，其性能好坏关乎重载车辆的使用安全性能。重载车辆的制动单次能载水平高，制动过程摩擦副温度高，摩擦表面温度甚至高达1000℃以上。这对制动器摩擦副的材料性能提出了极大的挑战。

带式制动器摩擦副作为一种常见的制动器摩擦副，带式制动器摩擦副的摩擦轮和摩擦带一般采用铸铁、锻钢和粉末冶金材料制造，不耐高温，当摩擦表面的瞬时温度超过1000℃时，易发生粘结导致刹车盘损伤、刹车片掉渣掉块和熔焊撕裂等问题，致使摩擦副磨损大、摩擦系数急剧下降，使用寿命短。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种重载车辆用带式制动器摩擦副及其制造方法，本发明提供的重载车辆用带式制动器摩擦副耐磨、耐高温，使用寿命长。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种重载车辆用带式制动器摩擦副，包括：

分体式制动轮1，所述分体式制动轮1包括轮体和设置于所述轮体外周面上的若干第一摩擦片14；

与所述分体式制动轮1相适配的分体式制动带2，所述分体式制动带2包括带皮21，设置于所述带皮21表面的若干衬片23，以及设置于每片所述衬片23表面的第二摩擦片22；

所述轮体的材料密度＞所述第一摩擦片14的材料密度；

所述第一摩擦片14和第二摩擦片22的材质为碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料；

所述碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料包括增韧组元、抗磨组元和摩擦特性调控组元；所述增韧组元为碳纤维，所述抗磨组元包括B₄C陶瓷和原位反应形成的SiC和TiC陶瓷，所述摩擦特性调控组元包括复合材料基体中的Ti₃SiC₂陶瓷和Cu基合金。

优选的，所述碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将碳纤维或碳纤维布制成三维编织结构、二维碳布叠层结构或针刺碳纤维毡体结构，得到碳纤维预制体；

(2)采用化学气相渗透法在碳纤维预制体内的碳纤维表面沉积热解碳保护层，然后采用悬浮液注射法将悬浮料浆注入碳纤维预制体内；

(3)采用化学气相渗透法增密注射了悬浮料浆的预制体，得到多孔C/C预制体；

(4)在真空环境或保护气体中，采用反应熔渗法将Cu-Ti-Si合金熔化，渗入多孔C/C预制体，通过原位反应制备得到所述碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料。

优选的，所述Cu-Ti-Si合金的Cu元素、Ti元素和Si元素的摩尔比为(2～5):(0.5～2):(4～7)。

优选的，所述金属熔渗法的保温温度为1300～1500℃，所述金属熔渗法的保温时间为0.5～3h，由室温升温至所述金属熔渗法的保温温度的升温速率为15～25℃/min。

优选的，所述悬浮浆料包括Ti₃SiC₂、B₄C、Si单质和聚乙烯醇水溶液；所述悬浮浆料中，所述Ti₃SiC₂占所述聚乙烯醇水溶液的体积百分数为2～5％，所述B₄C占所述聚乙烯醇水溶液的体积百分数为5～10％，所述Si单质占所述聚乙烯醇水溶液的体积百分数为2～5％。

优选的，所述步骤(2)中，所述化学气相渗透法的保温温度为800～1100℃，所述化学气相渗透法的碳源为烯烃；

所述步骤(3)中，所述化学气相渗透法的保温温度为800～1100℃，所述化学气相渗透法的碳源为烯烃。

优选的，所述轮体包括轮芯冒盘12和设置于所述轮芯冒盘12外周面上的支撑轮11；

所述支撑轮11外周面上设置若干第一弧形凹槽15，所述第一弧形凹槽15由所述支撑轮11的外周面向内凹陷形成，每个所述第一弧形凹槽15与每片所述第一摩擦片14固定连接，所述第一摩擦片14的厚度比所述第一弧形凹槽15的深度大1～5mm。

优选的，所述支撑轮11的侧面设置若干贯穿散热孔13，所述贯穿散热孔13的直径为3～6mm。

优选的，相邻所述第一弧形凹槽15的连接处设置有排屑槽17。

优选的，所述第一摩擦片14和第二摩擦片22设置有安装间隙，第一摩擦片14和第二摩擦片22相接触时摩擦实现制动。

本发明提供一种重载车辆用带式制动器摩擦副，包括：分体式制动轮1，所述分体式制动轮1包括轮体和设置于所述轮体外周面上的若干第一摩擦片14；与所述分体式制动轮1相适配的分体式制动带2，所述分体式制动带2包括带皮21，设置于所述带皮21表面的若干衬片23，以及设置于每片所述衬片23表面的第二摩擦片22；所述轮体的材料密度＞所述第一摩擦片14的材料密度；所述第一摩擦片14和第二摩擦片22的材质为碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料；所述碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料包括增韧组元、抗磨组元和摩擦特性调控组元；所述增韧组元为碳纤维，所述抗磨组元包括B₄C陶瓷和原位反应形成的SiC和TiC陶瓷，所述摩擦特性调控组元包括复合材料基体中的Ti₃SiC₂陶瓷和Cu基合金。本发明提供的重载车辆用带式制动器摩擦副，结构上采用模块化设计：将分体式制动轮设计为轮体和若干第一摩擦片的分体结构，将分体式制动带设计为带皮、若干衬片和若干第二摩擦片的粉体结构，且所述轮体的材料密度＞所述第一摩擦片14的材料密度，能够有效避免重载车辆高能高速制动过程中使用全C/C-SiC复合材料由于密度过小振动剧烈的情况产生。同时，本发明提供的重载车辆用带式制动器摩擦副的第一摩擦片和第二摩擦片的材质为碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料，其通过强韧组元、抗磨组元和摩擦特性调控组元协同作用，有效提高了摩擦副的耐高温性能和耐磨性能。

本发明提供的重载车辆用带式制动器摩擦副采用模块化设计，能够方便替换失效的模块，提高制动器摩擦副的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的重载车辆用带式制动器摩擦副的分体式制动轮和分体式制动带的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的重载车辆用带式制动器摩擦副结构示意图；

图3为本发明实施例提供的重载车辆用带式制动器摩擦副爆炸图；

图4为本发明实施例提供的第一摩擦片14示意图；

图5为本发明实施例提供的第二摩擦片22示意图；

图6为本发明实施例提供的衬片23示意图；

1-分体式制动轮，2-分体式制动带，11-支撑轮，12-轮芯盘冒，13-贯穿散热孔，14-第一摩擦片，15-第一弧形凹槽，16-第一螺纹孔，17-排屑槽，18-第一沉头孔，21-带皮，22-第二摩擦片，23-衬片，24-第二螺纹孔，25-第三螺纹孔，26-第二沉头孔，27-第二弧形凹槽。

具体实施方式

本发明提供了一种重载车辆用带式制动器摩擦副，包括：

分体式制动轮1，所述分体式制动轮1包括轮体和设置于所述轮体外周面上的若干第一摩擦片14；

与所述分体式制动轮1相适配的分体式制动带2，所述分体式制动带2包括带皮21，设置于所述带皮21表面的若干衬片23，以及设置于每片所述衬片23表面的第二摩擦片22；

所述轮体的材料密度＞所述第一摩擦片14的材料密度；

所述第一摩擦片14和第二摩擦片22的材质为碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料；

所述碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料包括增韧组元、抗磨组元和摩擦特性调控组元；所述增韧组元为碳纤维，所述抗磨组元包括B₄C陶瓷和原位反应形成的SiC和TiC陶瓷，所述摩擦特性调控组元包括复合材料基体中的Ti₃SiC₂陶瓷和Cu基合金。

本发明提供的重载车辆用带式制动器摩擦副，包括分体式制动轮1，所述分体式制动轮1包括轮体和设置于所述轮体外周面上的若干第一摩擦片14。在本发明中，所述轮体用于与运动轴相连，同时用于支撑所述第一摩擦片14。

作为本发明的一个具体实施例，所述轮体包括轮芯冒盘12和设置于所述轮芯冒盘12外周面上的支撑轮11。在本发明中，所述轮芯冒盘12用于连接运动轴，所述支撑轮11用于支撑所述第一摩擦片14。

作为本发明的一个具体实施例，所述轮芯冒盘12和所述支撑轮11一体成型。

作为本发明的一个具体实施例，所述轮芯冒盘12和所述支撑轮11一体成型固定连接。

作为本发明的一个具体实施例，所述支撑轮11外周面上设置若干第一弧形凹槽15，所述第一弧形凹槽15由所述支撑轮11的外周面向内凹陷形成，每个所述第一弧形凹槽15与每片所述第一摩擦片14固定连接，所述第一摩擦片14的厚度比所述第一弧形凹槽15的深度大1～5mm。

作为本发明的一个具体实施例，每个所述第一弧形凹槽15的深度为2～4mm。

作为本发明的一个具体实施例，每片所述第一摩擦片14的厚度为4～6mm。

作为本发明的一个具体实施例，所述第一弧形凹槽15的中心设置有第一螺纹孔16。

作为本发明的一个具体实施例，所述第一摩擦片14的中心设置有所述第一螺纹孔16相对应的第一沉头孔18。

作为本发明的一个具体实施例，所述第一弧形凹槽15与所述第一摩擦片14由螺栓固定连接。

作为本发明的一个具体实施例，相邻所述第一弧形凹槽15的连接处设置有排屑槽17。在本发明中，所述排屑槽17在制动时用于排出第一摩擦片14和第二摩擦片22滑动摩擦产生的粉屑。

作为本发明的一个具体实施例，所述支撑轮11的侧面设置若干贯穿散热孔13，所述贯穿散热孔13的直径为3～6mm。

在本发明中，所述贯穿散热孔的存在能够在制动过程中，将制动产生的热量迅速由分体式制动轮轮体散掉。且相比于实心盘质量轻，散热效果好，寿命也更长于实心盘。能够有效降低整车重量，降低油耗和维修保养成本。

作为本发明的一个具体实施例，所述贯穿散热孔13为贯通孔。

在本发明中，所述轮体的密度＞所述第一摩擦片14的密度。

作为本发明的一个具体实施例，所述轮体的材质包括铸铁、合金铸铁或锻钢。

作为本发明的一个具体实施例，所述轮体的表面设置有电泳防锈涂层。

本发明提供的重载车辆用带式制动器摩擦副，包括：与所述分体式制动轮1相适配的分体式制动带2，所述分体式制动带2包括带皮21，设置于所述带皮21表面的若干衬片23，以及设置于每片所述衬片23表面的第二摩擦片22。

作为本发明的一个具体实施例，所述衬片23的材质为铝合金。在本发明中，所述衬片23具有较高的比强度、比刚度、良好的散热特性和热稳定性，可在制动时加快分体式制动带与分体式制动轮的热传递，并使制动器在较大速度范围内运用。

作为本发明的一个具体实施例，所述带皮21的厚度为1～2mm。

作为本发明的一个具体实施例，所述带皮21和所述衬片23固定连接。

作为本发明的一个具体实施例，所述带皮21和所述衬片23粘合连接。

作为本发明的一个具体实施例，每片所述衬片23的中心位置设置第三螺纹孔25。

作为本发明的一个具体实施例，所述带皮21设置有与每片所述衬片23的中心位置设置的第三螺纹孔25相对应的第二沉头孔26。

作为本发明的一个具体实施例，所述带皮21和所述衬片23通过螺栓固定连接。

作为本发明的一个具体实施例，所述衬片23的表面设置第二弧形凹槽27，所述第二弧形凹槽27由所述衬片23的表面向内凹陷形成，每片所述第二摩擦片22与每片所述衬片表面的第二弧形凹槽27固定连接，所述第二摩擦片22的厚度比所述第二弧形凹槽27的深度大1～5mm。

作为本发明的一个具体实施例，所述第二摩擦片22的厚度为1～2mm。

作为本发明的一个具体实施例，第二摩擦片22的厚度比所述第二弧形凹槽27的深度大1～5mm。

作为本发明的一个具体实施例，每片所述第二摩擦片22的中心位置设置有与每片所述衬片23的中心位置设置的第三螺纹孔25相对应的第二螺纹孔24。

作为本发明的一个具体实施例，所述第二摩擦片22和所述第二弧形凹槽27通过螺栓国定连接。

作为本发明的一个具体实施例，所述第一摩擦片14的弧长大一所述第二摩擦片22的弧长。

本发明提供的重载车辆用带式制动器摩擦副，所述第一摩擦片14和第二摩擦片22接触时，所述重载车辆用带式制动器摩擦副制动。

作为本发明的一个具体实施例，所述第一摩擦片14和第二摩擦片22不接触时，所述第一摩擦片14和第二摩擦片22设置有安装间隙，第一摩擦片14和第二摩擦片22相接触时摩擦实现制动。。

在本发明中，所述第一摩擦片14和第二摩擦片22优选采用碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料近净成型。

所述碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料包括增韧组元、抗磨组元和摩擦特性调控组元；所述增韧组元为碳纤维，所述抗磨组元包括B₄C陶瓷和原位反应形成的SiC和TiC陶瓷，所述摩擦特性调控组元包括复合材料基体中的Ti₃SiC₂陶瓷和Cu基合金。

本发明提供的重载车辆用带式制动器摩擦副采用模块化设计，能够方便替换失效的模块，提高制动器摩擦副的使用寿命。

在本发明中，所述碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料的制备方法优选包括以下步骤：

(1)将碳纤维或碳纤维布制成三维编织结构、二维碳布叠层结构或针刺碳纤维毡体结构，得到碳纤维预制体；

(2)采用化学气相渗透法在碳纤维预制体内的碳纤维表面沉积热解碳保护层，然后采用悬浮液注射法将悬浮料浆注入碳纤维预制体内；

(3)采用化学气相渗透法增密注射了悬浮料浆的预制体，得到多孔C/C预制体；

(4)在真空环境或保护气体中，采用反应熔渗法将Cu-Ti-Si合金熔化，渗入多孔C/C预制体，通过原位反应制备得到所述碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料。

在本本发明中，如无特殊说明，所用原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。

本发明将碳纤维或碳纤维布制成三维编织结构、二维碳布叠层结构或针刺碳纤维毡体结构，得到碳纤维预制体。

本发明对所述碳纤维预制体的制备过程没有特殊要求。

本发明采用化学气相渗透法(以下称为第一化学气相渗透法)在碳纤维预制体内的碳纤维表面沉积热解碳保护层，然后采用悬浮液注射法将悬浮料浆注入碳纤维预制体内。

在本发明中，所述第一化学气相渗透法的保温时间优选为1～10小时。

在本发明中，所述第一化学气相渗透法的保温温度优选为800～1100℃，更优选为850～1000℃。

在本发明的具体实施例中，所述第一化学气相渗透法的碳源具体优选为丙烯。

在本发明中，所述悬浮料浆优选包括Ti₃SiC₂、B₄C、Si单质和聚乙烯醇水溶液。

在本发明中，所述聚乙烯醇水溶液的质量百分含量优选为3～8％，更有优选为5％。

在本发明中，所述悬浮料浆中，所述Ti₃SiC₂占所述聚乙烯醇水溶液的体积百分数优选为2～5％，更优选为2.5～4％。

在本发明中，所述B₄C占所述聚乙烯醇水溶液的体积百分数优选为5～10％，更优选为6～8％。

在本发明中，所述Si单质占所述聚乙烯醇水溶液的体积百分数优选为2～5％，更优选为2.5～3％。

在本发明中，所述Ti₃SiC₂的粒径优选为0.5～10微米。

在本发明中，所述B₄C的粒径优选为0.5～10微米。

在本发明中，所述Si单质的粒径优选为0.5～10微米。

在本发明中，料浆注射时，所述Ti₃SiC₂、B₄C和Si渗透进入沉积了热解碳保护层的碳纤维预制体中。

本发明采用化学气相渗透法(以下称为第二化学气相渗透法)增密注射了悬浮料浆的预制体，得到多孔C/C预制体。

在本发明中，所述第二化学气相渗透法的保温时间优选为50～250小时，更优选为60～230小时。

在本发明中，所述第二化学气相渗透法的保温温度优选为800～1100℃，更优选为850～1000℃。

在本发明的具体实施例中，所述第二化学气相渗透法的碳源具体优选为丙烯。

在本发明中，所述第二化学气相渗透的过程中，碳源渗透进入碳纤维预制体的纤维缝隙中，形成多孔C/C预制体。

得到多孔C/C预制体后，本发明在真空环境或保护气体中，采用反应熔渗法将Cu-Ti-Si合金熔化，渗入多孔C/C预制体，通过原位反应制备得到所述碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料。

在本发明中，所述Cu-Ti-Si合金的Cu元素、Ti元素和Si元素的摩尔含量之比优选为(2～5):(0.5～2):(4～7)，更优选为(2.5～4):(1～1.5):(5～6)。

在本发明中，所述Cu-Ti-Si合金的制备方法优选包括以下步骤：

以Cu单质、Si单质和Ti单质为原料采用电弧熔炼制备所述Cu-Ti-Si合金。

在本发明中，所述Cu单质的纯度优选≥99.9％。

在本发明中，所述Si单质的纯度优选≥99.9％。

在本发明中，所述Ti单质的纯度优选≥99.9％。

本发明对所述电弧熔炼的具体实施过程没有特殊要求。

在本发明中，所述金属熔渗法的保温温度优选为1300～1500℃，更优选为1400～1450℃。

在本发明中，所述金属熔渗法的保温时间优选为0.5～3h，更优选为1～2.5h。

在本发明中，由室温升温至所述金属熔渗法的保温温度的升温速率优选为15～25℃/min，更优选为20℃/min。

在本发明中，所述金属熔渗法在真空环境或保护气体中进行，优选在真空环境中进行，本发明对所述真空环境的真空度没有特殊要求。

在本发明中，所述金属熔渗法优选在高温熔渗炉中进行。

在本发明中，所述金属熔渗法时，在毛细孔力与重力的作用下熔融的Cu-Ti-Si合金熔体渗入多孔C/C预制体中，合金与多孔预制体反应形成SiC陶瓷和TiC陶瓷，残余合金结晶形成Cu基合金。

本发明采用悬浮料浆注射法、化学气相渗透法和合金熔渗法制备碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料，得到的复合材料中增强相包括Ti₃SiC₂陶瓷、B₄C陶瓷、SiC陶瓷、TiC陶瓷和Cu基合金，能够显著提高碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料耐耐高温、耐磨性能和抗氧化性能，得到的碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料同时具有密度低、强度高、摩擦性能稳定、摩擦量小、制动比大、耐高温、使用寿命长的优点。

本发明由于采用模块化设计，相比于全钢铁材料的分体式制动轮可显著降低30％的重量。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明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

将碳纤维或碳纤维布制成三维编织结构、二维碳布叠层结构或针刺碳纤维毡体结构，得到碳纤维预制体，以丙烯为碳源，在保温温度为850℃时进行化学气相渗透，渗透时间为10小时；

将粒径为2微米的Ti₃SiC₂、粒径为2微米的B₄C和粒径为2微米的Si粉末加入质量分数为5％的聚乙烯醇(PVA)水溶液，得到悬浮料浆，其中，Ti₃SiC₂粉占PVA水溶液体积分数为4％，B₄C粉占PVA水溶液体积分数为6％，Si粉占PVA水溶液体积分数为3％，然后采用悬浮液注射法将悬浮料浆注入碳纤维预制体内，以丙烯为碳源，在保温温度为1000℃时进行化学气相渗透，渗透时间为150小时；采用化学气相渗透法增密注射了悬浮料浆的预制体，得到多孔C/C预制体；

采用原料为纯度≥99.9％的Cu，Si和Ti块，电弧熔炼制备Cu-Ti-Si合金，Cu-Ti-Si合金中Cu的摩尔含量在20％，Si的摩尔含量在70％，Ti的摩尔含量在10％；

在真空环境中，采用反应熔渗法将Cu-Ti-Si合金加热到1500℃熔化，升温速率为20℃/min，保温2h，渗入多孔C/C预制体，通过原位反应制备得到所述碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料。

一种重载车辆用带式制动器摩擦副包括分体式制动轮1，分体式制动轮1的轮体由轮芯冒盘12和设置于所述轮芯冒盘12外周面上的支撑轮11一体成型得到，轮体的材质为铸铁；支撑轮11的侧面设置若干直径为3～6mm的散热通孔；支撑轮11的外周向内凹陷形成若干第一弧形凹槽15，每个所述第一弧形凹槽15与每片所述第一摩擦片14通过螺栓固定连接，第一摩擦片14的厚度为4～6mm，第一弧形凹槽15的深度为2～4mm，第一弧形凹槽15的连接处设置有排屑槽17，排屑槽17为圆弧形；

分体式制动带2套设于分体式制动轮1的轮面上，分体式制动带2包括带皮21，带皮21的表面设置若干铝合金衬片23，铝合金衬片23表面向内凹陷形成第二弧形凹槽27，第二摩擦片设置于第二弧形凹槽中，第二摩擦片与第二弧形凹槽通过螺栓固定连接；

第一摩擦片14和第二摩擦片22采用上述的碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料近净成型得到，第一摩擦片14和第二摩擦片22不接触时，所述第一摩擦片14和第二摩擦片22设置有安装间隙；第一摩擦片14和第二摩擦片22接触时，重载车辆用带式制动器摩擦副制动。

实施例2

将碳纤维或碳纤维布制成三维编织结构、二维碳布叠层结构或针刺碳纤维毡体结构，得到碳纤维预制体，以丙烯为碳源，在保温温度为850℃时进行化学气相渗透，渗透时间为5小时；

将粒径为2微米的Ti₃SiC₂、粒径为2微米的B₄C和粒径为2微米的Si粉末加入质量分数为5％的聚乙烯醇(PVA)水溶液，得到悬浮料浆，其中，Ti₃SiC₂粉占PVA水溶液体积分数为4％，B₄C粉占PVA水溶液体积分数为6％，Si粉占PVA水溶液体积分数为3％，然后采用悬浮液注射法将悬浮料浆注入碳纤维预制体内，以丙烯为碳源，在保温温度为1000℃时进行化学气相渗透，渗透时间为160小时；采用化学气相渗透法增密注射了悬浮料浆的预制体，得到多孔C/C预制体；

采用原料为纯度≥99.9％的Cu，Si和Ti块，电弧熔炼制备Cu-Ti-Si合金，Cu-Ti-Si合金中Cu的摩尔含量在25％，Si的摩尔含量在60％，Ti的摩尔含量在15％；

在真空环境中，采用反应熔渗法将Cu-Ti-Si合金加热到1500℃熔化，升温速率为20℃/min，保温2h，渗入多孔C/C预制体，通过原位反应制备得到所述碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料。

一种重载车辆用带式制动器摩擦副包括分体式制动轮1，分体式制动轮1的轮体由轮芯冒盘12和设置于所述轮芯冒盘12外周面上的支撑轮11一体成型得到，轮体的材质为铸铁；支撑轮11的侧面设置若干直径为3～6mm的散热通孔；支撑轮11的外周设置若干第一弧形凹槽15，每个所述第一弧形凹槽15与每片所述第一摩擦片14固定连接，第一摩擦片14的厚度为4～6mm，第一弧形凹槽15的深度为2～4mm，第一弧形凹槽15的连接处设置有排屑槽17，排屑槽17为圆弧形；

分体式制动带2套设于分体式制动轮1的轮面上，分体式制动带2包括带皮21，厚度为1～2mm，带皮21的表面设置若干铝合金衬片23，，铝合金衬片23设置有第二弧形凹槽27，第二摩擦片设置于第二弧形凹槽中，厚度为1～2mm第二摩擦片与第二弧形凹槽通过螺栓固定连接；

第一摩擦片14和第二摩擦片22采用上述的碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料近净成型得到，第一摩擦片14和第二摩擦片22不接触时，所述第一摩擦片14和第二摩擦片22设置有安装间隙；第一摩擦片14和第二摩擦片22接触时，重载车辆用带式制动器摩擦副制动。

对比例1

将碳纤维或碳纤维布制成三维编织结构、二维碳布叠层结构或针刺碳纤维毡体结构，得到碳纤维预制体，以丙烯为碳源，在保温温度为850℃时进行化学气相渗透，渗透时间为5小时；

将粒径为0.5～10微米的Ti₃SiC₂、粒径为0.5～10微米的B₄C和粒径为0.5～10微米的Si粉末加入质量分数为5％的聚乙烯醇(PVA)水溶液，得到悬浮料浆，其中，Ti₃SiC₂粉占PVA水溶液体积分数为4％，B₄C粉占PVA水溶液体积分数为6％，Si粉占PVA水溶液体积分数为3％，然后采用悬浮液注射法将悬浮料浆注入碳纤维预制体内，以丙烯为碳源，在保温温度为1000℃时进行化学气相渗透，渗透时间为100小时；采用化学气相渗透法增密注射了悬浮料浆的预制体，得到多孔C/C预制体；采用纯硅反应熔渗多孔C/C预制体，熔渗温度1600℃，保温时间2h，得到碳纤维增韧复合材料。一种重载车辆用带式制动器摩擦副包括分体式制动轮1，分体式制动轮1的轮体由轮芯冒盘12和设置于所述轮芯冒盘12外周面上的支撑轮11一体成型得到，轮体的材质为铸铁；支撑轮11的侧面设置若干直径为3～6mm的散热通孔；支撑轮11的外周设置若干第一弧形凹槽15，每个所述第一弧形凹槽15与每片所述第一摩擦片14固定连接，第一摩擦片14的厚度为4～6mm，第一弧形凹槽15的深度为2～4mm，第一弧形凹槽15的连接处设置有排屑槽17，排屑槽17为圆弧形，排屑槽17的深度大于第一弧形凹槽15的深度；

分体式制动带2套设于分体式制动轮1的轮面上，分体式制动带2包括带皮21，厚度为1～2mm，带皮21的表面设置若干铝合金衬片23，，铝合金衬片23设置有第二弧形凹槽27，第二摩擦片设置于第二弧形凹槽中，厚度为1～2mm第二摩擦片与第二弧形凹槽通过螺栓固定连接；

第一摩擦片14和第二摩擦片22采用上述的多孔C/C预制体近净成型得到，第一摩擦片14和第二摩擦片22不接触时，所述第一摩擦片14和第二摩擦片22设置有安装间隙；第一摩擦片14和第二摩擦片22接触时，重载车辆用带式制动器摩擦副制动。

对比例2

将碳纤维或碳纤维布制成三维编织结构、二维碳布叠层结构或针刺碳纤维毡体结构，得到碳纤维预制体，以丙烯为碳源，在保温温度为850℃时进行化学气相渗透，渗透时间为5小时，在碳纤维表面沉积热解碳保护层；继续采用化学气相渗透增密碳纤维预制体，以丙烯为碳源，保温温度为850℃，渗透时间为200小时，制备得到多孔C/C预制体。

采用原料为纯度≥99.9％的Cu块，Si块和Ti块，电弧熔炼制备Cu-Ti-Si合金，Cu-Ti-Si合金中Cu的摩尔含量在25％，Si的摩尔含量在65％，Ti的摩尔含量在10％；

在真空环境中，采用反应熔渗法将Cu-Ti-Si合金加热到1500℃熔化，升温速率为20℃/min，保温2h，渗入多孔C/C预制体，通过原位反应制备得到所述碳纤维增韧复合材料。

一种重载车辆用带式制动器摩擦副包括分体式制动轮1，分体式制动轮1的轮体由轮芯冒盘12和设置于所述轮芯冒盘12外周面上的支撑轮11一体成型得到，轮体的材质为铸铁；支撑轮11的侧面设置若干直径为3～6mm的散热通孔；支撑轮11的外周设置若干第一弧形凹槽15，每个所述第一弧形凹槽15与每片所述第一摩擦片14固定连接，第一摩擦片14的厚度为4～6mm，第一弧形凹槽15的深度为2～4mm，第一弧形凹槽15的连接处设置有排屑槽17，排屑槽17为圆弧形；

分体式制动带2套设于分体式制动轮1的轮面上，分体式制动带2包括带皮21，厚度为1～2mm，带皮21的表面设置若干铝合金衬片23，铝合金衬片23设置有第二弧形凹槽27，第二摩擦片设置于第二弧形凹槽中，厚度为1～2mm第二摩擦片与第二弧形凹槽通过螺栓固定连接；

第一摩擦片14和第二摩擦片22采用上述的碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料近净成型得到，第一摩擦片14和第二摩擦片22不接触时，所述第一摩擦片14和第二摩擦片22设置有安装间隙；第一摩擦片14和第二摩擦片22接触时，重载车辆用带式制动器摩擦副制动。

测试例1

参照相关标准，实验测试实施例1、2和对比例1和2制备的复合材料性能，本发明实施例1和2摩擦性能和使用寿命相较于对比例1和2分别提高4％和9％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种重载车辆用带式制动器摩擦副，其特征在于，包括：

分体式制动轮(1)，所述分体式制动轮(1)包括轮体和设置于所述轮体外周面上的若干第一摩擦片(14)；

与所述分体式制动轮(1)相适配的分体式制动带(2)，所述分体式制动带(2)包括带皮(21)，设置于所述带皮(21)表面的若干衬片(23)，以及设置于每片所述衬片(23)表面的第二摩擦片(22)；

所述轮体的材料密度＞所述第一摩擦片(14)的材料密度；

所述第一摩擦片(14)和第二摩擦片(22)的材质为碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料；

所述碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料包括增韧组元、抗磨组元和摩擦特性调控组元；所述增韧组元为碳纤维，所述抗磨组元包括B₄C陶瓷和原位反应形成的SiC和TiC陶瓷，所述摩擦特性调控组元包括复合材料基体中的Ti₃SiC₂陶瓷和Cu基合金。

2.根据权利要求1所述的重载车辆用带式制动器摩擦副，其特征在于，所述碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将碳纤维或碳纤维布制成三维编织结构、二维碳布叠层结构或针刺碳纤维毡体结构，得到碳纤维预制体；

(2)采用化学气相渗透法在碳纤维预制体内的碳纤维表面沉积热解碳保护层，然后采用悬浮液注射法将悬浮料浆注入碳纤维预制体内；

(3)采用化学气相渗透法增密注射了悬浮料浆的预制体，得到多孔C/C预制体；

(4)在真空环境或保护气体中，采用反应熔渗法将Cu-Ti-Si合金熔化，渗入多孔C/C预制体，通过原位反应制备得到所述碳纤维增韧多元陶瓷-金属复合材料。

3.根据权利要求2所述的重载车辆用带式制动器摩擦副，其特征在于，所述Cu-Ti-Si合金的Cu元素、Ti元素和Si元素的摩尔比为(2～5):(0.5～2):(4～7)。

4.根据权利要求2或3所述的重载车辆用带式制动器摩擦副，其特征在于，所述金属熔渗法的保温温度为1300～1500℃，所述金属熔渗法的保温时间为0.5～3h，由室温升温至所述金属熔渗法的保温温度的升温速率为15～25℃/min。

5.根据权利要求2所述的重载车辆用带式制动器摩擦副，其特征在于，所述悬浮浆料包括Ti₃SiC₂、B₄C、Si单质和聚乙烯醇水溶液；所述悬浮浆料中，所述Ti₃SiC₂占所述聚乙烯醇水溶液的体积百分数为2～5％，所述B₄C占所述聚乙烯醇水溶液的体积百分数为5～10％，所述Si单质占所述聚乙烯醇水溶液的体积百分数为2～5％。

6.根据权利要求2所述的重载车辆用带式制动器摩擦副，其特征在于，所述步骤(2)中，所述化学气相渗透法的保温温度为800～1100℃，所述化学气相渗透法的碳源为烯烃；

所述步骤(3)中，所述化学气相渗透法的保温温度为800～1100℃，所述化学气相渗透法的碳源为烯烃。

7.根据权利要求1所述的重载车辆用带式制动器摩擦副，其特征在于，所述轮体包括轮芯冒盘(12)和设置于所述轮芯冒盘(12)外周面上的支撑轮(11)；

所述支撑轮(11)外周面上设置若干第一弧形凹槽(15)，所述第一弧形凹槽(15)由所述支撑轮(11)的外周面向内凹陷形成，每个所述第一弧形凹槽(15)与每片所述第一摩擦片(14)固定连接，所述第一摩擦片(14)的厚度比所述第一弧形凹槽(15)的深度大1～5mm。

8.根据权利要求1所述重载车辆用带式制动器摩擦副，其特征在于，所述支撑轮(11)的侧面设置若干贯穿散热孔(13)，所述贯穿散热孔(13)的直径为3～6mm。

9.根据权利要求7所述的重载车辆用带式制动器摩擦副，其特征在于，相邻所述第一弧形凹槽(15)的连接处设置有排屑槽(17) 。

10.根据权利要求1所述的重载车辆用带式制动器摩擦副，其特征在于，所述第一摩擦片(14)和第二摩擦片(22)设置有安装间隙，第一摩擦片(14)和第二摩擦片(22)相接触时摩擦实现制动。

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