專利名稱：一種重載汽車剎車片及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造汽車剎車片的摩擦材料及其制備工藝，尤其是應(yīng)用在 重載汽車上的提供高效剎車力的摩擦材料。
背景技術(shù)：
摩擦材料是制動(dòng)離合器、制動(dòng)器摩擦片的元件材料，廣泛應(yīng)用于汽車、火 車、飛機(jī)、輪船等交通運(yùn)輸工具以及動(dòng)力機(jī)械的制動(dòng)系統(tǒng)。剎車系統(tǒng)工作的實(shí) 質(zhì)是將剎車時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，對材料要求高。剎車負(fù)荷、溫度變化迅速及 高抗裂紋擴(kuò)展能力，因此摩擦材料的性能直接影響到離合器，制動(dòng)器乃至整機(jī) 的性能與可靠性。近幾年來，有關(guān)重載汽車剎車失靈造成傷亡的事故時(shí)有發(fā)生，造成剎車失 靈的主要原因是制動(dòng)器的熱衰退性不能滿足要求，也就是剎車制動(dòng)效能在連續(xù) 剎車造成的高溫下不能保持恒定。重載汽車作為重要物資、裝備、人員、工程 機(jī)械系統(tǒng)車輛底盤的重要工具，其可靠性對車輛、人員的安全有著直接的影響。當(dāng)前重載汽車剎車片普遍使用石棉剎車片和鑄造金屬剎車片，并采用傳統(tǒng) 的鼓式剎車裝置。鼓式剎車裝置散熱性能差，容易出現(xiàn)由于過熱而導(dǎo)致的剎車 失靈情況。石棉除對環(huán)境造成污染及有致癌的缺陷外，其導(dǎo)熱能力較差，反復(fù)使用會(huì)使熱量累積，剎車盤的連續(xù)剎車溫度會(huì)達(dá)到500-60(TC甚至更高，制動(dòng)性 能發(fā)生改變，易產(chǎn)生"制動(dòng)萎縮"，并導(dǎo)致制動(dòng)失靈。金屬剎車片也不能徹底 解決頻繁剎車導(dǎo)致剎車失靈的情況發(fā)生，剎車性能不穩(wěn)，對安全造成嚴(yán)重的威 脅，是造成人員傷亡的重要因素。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明重載汽車剎車片的目的是實(shí)現(xiàn)了 一種碳化硅/金屬三維骨架復(fù)合材料 新型重載汽車剎車片，該剎車片摩擦系數(shù)適中，摩擦性能穩(wěn)定，剎車響應(yīng)性能好、使用壽命長、制造工藝簡單、成本低、環(huán)境適應(yīng)性好，并提供這種剎車片 的制備方法。本發(fā)明重載汽車剎車片的技術(shù)方案為以三維空間分布的、高強(qiáng)度、高硬 度的碳化硅陶瓷為骨架，在骨架間隙中復(fù)合入金屬合金制成陶瓷的金屬基復(fù)合 材料。在此復(fù)合材料中，陶瓷與金屬組元分別呈空間交叉的三維分布形式，高 強(qiáng)度的三維陶瓷骨架承擔(dān)復(fù)合材料所受外加載荷，同時(shí)承受絕大部分的摩擦剪 切力作用；金屬合金基體吸收應(yīng)變能，為陶瓷骨架提供支撐。通過制坯、整形、 燒結(jié)、熔滲、加工，得到剎車片的成品。本發(fā)明一種重載汽車剎車片的制備方法包括如下步驟多孔陶瓷骨架的制 備、陶瓷/金屬復(fù)合材料的制備、最終尺寸加工等多孔陶瓷骨架的制備為使碳化硅陶瓷骨架在燒結(jié)完成后，加工修整過程 簡便易行，我們開發(fā)出了一種可機(jī)加工的多孔碳化硅陶瓷骨架制備技術(shù)。該技 術(shù)以反應(yīng)燒結(jié)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合納米材料技術(shù)，可制備高密度、高純度、高耐 熱性多孔碳化硅陶瓷的燒結(jié)制備技術(shù)一"納米粉體氣相反應(yīng)輔助的液相反應(yīng)燒 結(jié)工藝"。多孔陶瓷骨架的制備采用前驅(qū)體法，使用碳化硅、碳化硼、氮化硅、 氧化鋯、氮化硼等各類陶瓷原料，依據(jù)用途、可靠性需求、費(fèi)效比等靈活選用。 混漿時(shí)以2 7%的比例加入同質(zhì)或異質(zhì)的納米量級(jí)的帶有分散劑和穩(wěn)定劑的微 粉，同時(shí)可以選用適量的添加同質(zhì)或異質(zhì)的纖維。該"納米粉體氣相反應(yīng)輔助的液相反應(yīng)燒結(jié)工藝"的特點(diǎn)是-(1) 通過改變原材料成分配比，使得多孔碳化硅陶瓷骨架經(jīng)預(yù)燒過程獲得較高 的強(qiáng)度。(2) 對陶瓷骨架毛坯進(jìn)行燒結(jié)前機(jī)加工，得到接近于最終形狀的產(chǎn)品。(3) 對加工后的毛坯進(jìn)行最終燒結(jié)，可以得到變形小、尺寸精確的最終陶瓷骨 架產(chǎn)品。(4) 利用這一技術(shù)，可以簡單、廉價(jià)的方法加工制備出曲面、旋轉(zhuǎn)體、多面體等異形多孔陶瓷骨架基材。陶瓷/金屬復(fù)合材料制備采用輔以陶瓷表面防護(hù)涂層，通過在極短時(shí)間內(nèi) 將金屬合金擠壓入陶瓷骨架內(nèi)，并迅速冷卻固化的方法，即能有效抑制陶瓷與 金屬的反應(yīng)，保證陶瓷骨架結(jié)構(gòu)不受損害，同時(shí)又能形成結(jié)構(gòu)致密的復(fù)合材料， 從而保證陶瓷/金屬復(fù)合材料能具有優(yōu)異的綜合性能，以及良好的工藝重復(fù)性。最終尺寸加工通過磨、肖!j、鉆等工藝在機(jī)床上將得到的毛坯加工到圖紙 要求的尺寸。優(yōu)選地，考慮到成本問題，采用碳化硅/鐵合金作為本發(fā)明剎車片的材料。 本發(fā)明重載汽車剎車片的優(yōu)點(diǎn)(1) 壽命長碳化硅是一種硬度僅次于金剛石、高度穩(wěn)定的耐磨材料，在三 維網(wǎng)狀陶瓷骨架中復(fù)合進(jìn)高韌性的金屬合金，材料抗開裂/抗裂紋擴(kuò)展能力強(qiáng)， 因此大大提高了剎車片的壽命。(2) 剎車效能高、響應(yīng)快剎車過程中，陶瓷骨架不僅能保持整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定， 而且對其摩擦對偶能立即產(chǎn)生反作用力或剎車抗力，確保陶瓷/金屬合金剎車盤 在任何速度下產(chǎn)生較高的剎車效能。(3) 性能穩(wěn)定三維網(wǎng)狀陶瓷骨架保證了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，使剎車片在高溫 下不會(huì)軟化，保持穩(wěn)定的剎車性能。(4) 制備工藝簡單材料結(jié)構(gòu)可根據(jù)需求迅速調(diào)整，生產(chǎn)周期短，設(shè)備配置 要求也不高，工藝程序少，單項(xiàng)工藝簡單，質(zhì)量控制容易，廢品率低，有利于 實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。(5) 易維護(hù)新型復(fù)合材料剎車片環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、壽命長，大大減少了剎車 片的換裝頻率和維護(hù)費(fèi)用。


圖l汽車剎車盤動(dòng)片示意圖。l為剎車片，2為花鍵孔，3為輪轂。 圖2汽車剎車靜片示意圖。l為剎車片，2為固定架。圖3是原材料準(zhǔn)備與后續(xù)各工序關(guān)系4是多孔陶瓷骨架制備流程5是陶瓷/金屬復(fù)合材料制備流程圖具體實(shí)施方式
前驅(qū)體法制備碳化硅/金屬復(fù)合材料重載汽車剎車片工藝為1、 泡沫切割與清洗平均孔徑lmm，閉孔率為8%的聚氨酯泡沫，在5(TC下 清洗lmin。2、 預(yù)制體成型按碳化硅微粉120g、工業(yè)酒精1000ml、燒結(jié)助劑100g、粘 結(jié)劑10g配制碳化硅漿料，球磨后機(jī)械攪拌20min，掛覆料漿，使預(yù)制體密度達(dá) 到1.36g/cm3， 225"C烘干后初整形。3、 熱解及高溫?zé)峤庖?tVmin的速度使熱解爐升溫至80(TC、保溫30min， 冷卻出爐；按碳化硅漿料活性齊1>1:10配制吸注料漿，8tVmin的速度升溫至 1200°C，通氬氣，保溫40min;冷卻后精磨至設(shè)計(jì)要求尺寸。4、 碳化硅陶瓷骨架燒結(jié)真空，泡沫陶瓷碳骨架/硅粉以1.12比重組成燒 結(jié)組元，以l(TC/min的升溫速率至135(rC，保溫60min，冷卻后去除殘余硅。5、 陶瓷/金屬合金復(fù)合陶瓷骨架預(yù)熱至30(TC、復(fù)合模具預(yù)熱10min至300 °C，將預(yù)熱后陶瓷骨架放入模具底模中，澆入金屬合金熔液，機(jī)械加壓55MPa， 保壓10s后退出，自然冷卻。6、 機(jī)加成型粗磨去除多余金屬，以熱解后修形為原形，鉆孔，成型，后 精磨、加工鉆孔、修邊。根據(jù)上述實(shí)施方式，得到實(shí)施例l-3的碳化硅/金屬復(fù)合材料剎車片，將所 得的剎車片分別進(jìn)行摩擦性能、力學(xué)性能與熱學(xué)性能試驗(yàn).實(shí)施例l:前驅(qū)體法，碳化硅/金屬復(fù)合材料剎車片中陶瓷骨架為65wty。，鐵 合金35wt。/o;骨架中碳化硅二70wtW，碳化硼二29wtM，燒結(jié)助劑A1203;其他，試 驗(yàn)得剎車片性能摩擦系數(shù)0.40，抗壓強(qiáng)度^150MPa，抗彎強(qiáng)度^100MPa，抗 拉強(qiáng)度^50MPa，抗沖擊能力^30MPa，導(dǎo)熱系數(shù)^14 W/m. K。實(shí)施例2:前驅(qū)體法，碳化硅/金屬復(fù)合材料剎車片中陶瓷骨架為60wty。，鑄鐵合金二40wa;骨架中碳化硅-98wt。/。，燒結(jié)助劑Y203-2。/。，試驗(yàn)得剎車片性能 摩擦系數(shù)O. 35，抗壓強(qiáng)度165MPa，抗彎強(qiáng)度100MPa，抗拉強(qiáng)度60MPa，抗沖擊能 力35MPa，導(dǎo)熱系數(shù)17. 5W/m.K。實(shí)施例3:混合體法，碳化硅/金屬復(fù)合材料剎車片中陶瓷骨架為55wty。， 45 號(hào)標(biāo)準(zhǔn)鋼二45 wt%;骨架中碳化硅二98wt。/。，燒結(jié)助劑Y203+A1203二2。/。，試驗(yàn)得剎 車片性能摩擦系數(shù)O. 30，抗壓強(qiáng)度180MPa，抗彎強(qiáng)度150MPa，抗拉強(qiáng)度100MPa， 抗沖擊能力90MPa，導(dǎo)熱系數(shù)20W/m. K。
權(quán)利要求
1、一種重載汽車剎車片及制備方法，其特征在于以三維空間分布的、高強(qiáng)度、高硬度的碳化硅陶瓷為骨架，在骨架間隙中復(fù)合入金屬合金制成陶瓷的金屬基復(fù)合材料。在此復(fù)合材料中，陶瓷與金屬組元分別呈空間交叉的三維分布形式，高強(qiáng)度的三維陶瓷骨架承擔(dān)復(fù)合材料所受外加載荷，同時(shí)承受絕大部分的摩擦剪切力作用；金屬合金基體吸收應(yīng)變能，為陶瓷骨架提供支撐。通過制坯、整形、燒結(jié)、熔滲、加工，得到剎車片的成品。
2、 根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求1所述的重載汽車剎車片及制備方法，其特征在于制備 方法包括如下步驟多孔陶瓷骨架的制備、陶瓷/金屬復(fù)合材料的制備、最終尺 寸加工等。
3、 根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求1所述的重載汽車剎車片及制備方法，其特征在于 一種 可機(jī)加工的多孔碳化硅陶瓷骨架制備技術(shù)。該技術(shù)以反應(yīng)燒結(jié)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié) 合納米材料技術(shù)，可制備高密度、高純度、高耐熱性多孔碳化硅陶瓷的燒結(jié)制 備技術(shù)一"納米粉體氣相反應(yīng)輔助的液相反應(yīng)燒結(jié)工藝"。
4、 根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求3所述的"納米粉體氣相反應(yīng)輔助的液相反應(yīng)燒結(jié)工藝"， 其特征在于通過改變原材料成分配比，使得多孔碳化硅陶瓷骨架經(jīng)預(yù)燒過程 獲得較高的強(qiáng)度；對陶瓷骨架毛坯進(jìn)行燒結(jié)前機(jī)加工，得到接近于最終形狀的 產(chǎn)品；對加工后的毛坯進(jìn)行最終燒結(jié)，可以得到變形小、尺寸精確的最終陶瓷 骨架產(chǎn)品。
5、 根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求1所述的重載汽車剎車片及制備方法，其特征在于陶瓷 /金屬復(fù)合材料制備采用輔以陶瓷表面防護(hù)涂層，通過在極短時(shí)間內(nèi)將金屬合金 擠壓入陶瓷骨架內(nèi)，并迅速冷卻固化的方法。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種重載汽車剎車片材料及其制備方法。在此新材料中，高強(qiáng)度的三維陶瓷骨架承擔(dān)復(fù)合材料所受外加載荷，同時(shí)承受絕大部分的摩擦剪切力作用；金屬合金基體吸收應(yīng)變能，為陶瓷骨架提供支撐。利用兩類材料互為支撐骨架，充分發(fā)揮陶瓷高硬度/高耐磨/高耐熱、金屬合金材料高強(qiáng)度/高韌性的特性，所制成的重載汽車剎車片具有性能穩(wěn)定、高溫摩擦性能好、抗開裂/抗裂紋擴(kuò)展能力強(qiáng)、制動(dòng)性能優(yōu)異、大幅度提高使用壽命等特點(diǎn)，并且制備工藝簡單、成本低、易維護(hù)。
文檔編號(hào)F16D69/02GK101328942SQ20081011082
公開日2008年12月24日 申請日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月12日
發(fā)明者力 楊 申請人:力 楊