陶瓷预制件和方法技术

本申请公开了陶瓷预制件、制备陶瓷预制件的方法、包含陶瓷预制件的MMC以及制备MMC的方法。制备陶瓷预制件的方法一般包括制备增强纤维、制备陶瓷复合物和将复合物形成为所需形状以产生陶瓷预制件。在某些实施方案中，所述陶瓷复合物形成为盘或环用于制动盘金属基质复合材料。金属基质复合材料一般包括陶瓷预制件，其渗透有熔融金属以形成制动盘金属基质复合材料。所述制备金属基质复合材料的方法一般包括加热陶瓷预制件，将所述陶瓷预制件置于压铸模具的模具腔中，和将熔融金属引入模具腔，渗透陶瓷预制件以形成制动盘金属基质复合材料。

Ceramic preform and method

The present invention discloses a ceramic preform, a method of making a ceramic preform, an MMC containing a ceramic preform, and a method for preparing a MMC. Methods of preparing ceramic preforms generally include preparing reinforcing fibers, preparing ceramic composites, and forming composite shapes into desired shapes to produce ceramic preforms. In some embodiments, the ceramic composite is formed as a disk or ring for a brake disc metal matrix composite. Metal matrix composites generally consist of ceramic preforms that are infiltrated with molten metal to form a brake disc metal matrix composite. The preparation methods of metal matrix composite materials generally include heating ceramic preform mould, die-casting mould cavity will be placed in the ceramic preform, and the molten metal into the mould cavity, infiltrated ceramic preform to form a metal matrix composite brake disc.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】陶瓷预制件和方法相关申请的交叉引用本申请是美国非临时申请，其要求2014年10月20日提交的名称为"陶瓷预制件和方法"的美国临时专利申请No.62/066,057的优先权，该临时专利申请在此通过引用将其全部内容并入。
技术介绍
金属基质复合材料(MMC)通常通过将增强材料加入金属基质来制造。例如，MMC可包括渗透有金属的陶瓷预制件。MMC通常具有可能依应用而需要的不同于金属的性质和物理特性。用于制造MMC以用于制动转子的其它方法受限于产品的高制造成本和材料成本和增强的制动转子在高温下较差的性能。还需要具有增加的强度以承受用于金属渗透的处理的陶瓷预制件。运载工具可包括鼓式制动器和/或盘式制动器。鼓式制动器通常包括旋转鼓形部分，称为制动鼓。鼓式制动器的闸皮或衬块压靠在制动鼓的内表面以引起摩擦从而产生热，减少制动鼓的旋转。盘式制动器通常包括旋转制动盘或转子。​具有制动衬块的卡钳挤压制动盘的外部和内部以产生摩擦，降低制动盘的旋转。在运载工具制动事件期间，通常存在高能量传递到制动鼓或制动盘的摩擦面，其可导致温度升高，对于重型运载工具如大型卡车或军用运载工具，有时高达700℃。专利技术概述本申请公开了陶瓷预制件，陶瓷预制件的制造方法，包括陶瓷预制件的MMC，和制造MMC的方法。在某些实施方案中，陶瓷预制件的制造方法包括以下步骤：将增强纤维的团块去缠结以将增强纤维分离​成单独的股线，制备陶瓷复合物，将陶瓷复合物形成为所需的形状以形成陶瓷预制件。陶瓷复合物包括分离的增强纤维股线、陶瓷颗粒、短效(fugitive)孔隙生成组份、淀粉、低温有机粘结剂、胶体二氧化硅和水。在某些实施方案中，陶瓷预制件包括形成为盘或环用于制动盘金属基质复合材料的陶瓷复合物。陶瓷复合物包含约41重量%至约47重量%的陶瓷颗粒；约9重量%至约15重量%的碱土金属铝硅酸盐增强纤维，其直径大于3.5微米；约4.5重量%至约5.5重量%的短效孔隙生成组份；约3重量%至约4重量%的淀粉；约1.5重量%至约2重量%的低温有机粘结剂；约4.5重量%至约11重量%的胶体二氧化硅；和约17重量%至约38重量%的水。在某些实施方案中，金属基质复合材料包括陶瓷预制件，其用熔融高温性能铝合金渗透以形成制动盘金属基质复合材料。制备金属基质复合材料的方法包括以下步骤：加热陶瓷预制件至预热温度，将所述陶瓷预制件置于压铸模具的模具腔中，将熔融金属引入模具腔，使得金属渗透陶瓷预制件以形成制动盘金属基质复合材料。陶瓷预制件的预热温度大于熔融金属的温度。这些和其它实施方案在下面的详细描述中将变得显而易见。附图的简要说明在结合于此并构成说明书的一部分的附图中，本申请的实施方案被示出，其连同上文给出的专利技术概述，以及下面给出的详细描述，用于示例本专利技术的原理。图1示出了根据本申请的实施方案的陶瓷预制件的制造方法。图2示出了根据本申请的实施方案的陶瓷复合物的制造方法。图3A和3B分别是根据本申请的实施方案的陶瓷预制件坯料的顶部和侧面横断面视图，陶瓷预制件环可以由所述坯料切出。图4A和4B分别是根据本申请的实施方案的陶瓷预制件的顶部和侧面横断面视图。图5A是根据本申请的实施方案的金属基质复合材料制动盘的顶视图。图5B是图5A的金属基质复合材料制动盘的侧面横断面视图。图6A是根据本申请的实施方案的金属基质复合材料制动盘的顶视图。图6B是图6A的金属基质复合材料制动盘的侧面横断面视图。实施方案的描述本申请公开了陶瓷预制件，陶瓷预制件的制造方法，包括陶瓷预制件的MMC，和制造MMC的方法。本申请的MMC通常密度较低，较轻，在较高温度下更强，并提供比用于制动鼓和制动盘的某些金属非复合材料更高的耐磨性。例如，本申请的铝MMC通常具有比铸铁更大的耐磨性和硬度(即，抗变形性)。因此，本申请的MMC可用于其中高耐磨性、重量轻及强度是有利的应用中。本申请的MMC可以形成为制动鼓、制动盘或转子或其任何部件以用于运载工具。例如，本申请的陶瓷预制件可以渗透有金属，例如，铝合金及某些特殊的高温铝合金、镁、钛或铜，形成制动鼓或制动盘的至少一部分。特别地，本申请的MMC通常形成制动鼓或制动盘的制动表面的至少一部分。制动鼓的制动表面通常位于接触鼓式制动器闸皮或衬块的制动鼓的内表面上。盘式制动器的制动表面通常位于接触制动衬块的制动盘的表面上。本申请的制动鼓和制动盘可用于几乎任何运载工具，包括但不限于飞机、卡车、火车、货车、汽车、军用运载工具、建筑运载工具、摩托车、混合动力运载工具、SUV、ATV以及XUV。然而，本申请的MMC可以形成为各种其他物件，例如，轴承、活塞、缸套、活塞环、连杆、航空航天部件、铠装等。本申请所述MMC制动鼓和制动盘通常具有比常规铸铁制动鼓或制动盘更大的耐磨性和更小的重量。一种示例性的制造MMC制动鼓或制动盘的方法是将本申请的陶瓷预制件插入直接挤压铸造机中。然后当模具半部闭合时，熔融的金属(例如，铝)在高压下被挤压。熔融金属会渗透该多孔和/或吸收性陶瓷预制件并填充压模以生产MMC制动鼓、盘或转子。在常规MMC制动鼓或盘制造工艺中发现的一个困难是产生具有足够的强度的预制件，以使其不会在处理过程中、机器加工过程中或当高压熔融金属注射填充预制件和压模时断裂。在本申请中所描述的形成陶瓷预制件的方法和装置产生比通过常规方法制备的陶瓷预制件更强的和更加尺寸稳定的部件。在某些实施方案中，本申请的陶瓷预制件包括陶瓷复合物，该陶瓷复合物已经捏合、冲压、轧制和成型为实心盘或环形形状的预制件。在某些实施方案中，本申请金属基质复合材料包括形成为环的形状的陶瓷预制件。金属基质复合材料可以形成为制动盘或制动鼓且所述陶瓷预制件可形成制动盘制动表面的至少一部分。在某些实施方案中，陶瓷预制件的制造方法产生多孔陶瓷预制件，具有约60%-65%的孔隙率，并具有改进的强度以便在金属渗透期间处理该预制件。高温铝合金通过直接挤压铸造被引入预制件。所述制动转子的预制件渗透部分构成由卡钳上的制动衬块压缩以停止运载工具的制动转子的表面。图1示出了根据本申请的实施方案制造陶瓷预制件的示例性方法100。如图所示，方法100包括以下步骤：纤维去缠结；制备陶瓷复合物；压制、轧制和形成陶瓷复合物；干燥；热处理以烧去粘结剂；以及热处理以将陶瓷复合物进行无机粘结剂的固定或烧结。这些步骤在下文中更详细地描述。用于制造本申请陶瓷预制件的陶瓷复合物可包括陶瓷颗粒、增强纤维、短效孔隙生成组份、淀粉、有机低温粘结剂、胶体二氧化硅悬浮液和水。下面的表1示出了本申请示例性陶瓷复合物的各种组份的典型重量百分比。表1：示例性陶瓷复合物所述复合物的陶瓷颗粒通常提供陶瓷预制件的耐磨性和硬度。陶瓷颗粒可以包括多种材料，例如，碳化硅、氧化铝、碳化硼或者它们的组合或混合物。在某些实施方案中，陶瓷颗粒包括360目的碳化硅颗粒。陶瓷复合物的增强纤维或晶须可以包括短纤维或长纤维并可包括多种材料，例如，碳、碳化硅、金属或陶瓷纤维、晶须，或短切长丝。所述碳纤维可以是短切碳带或碳纳米管形式。在某些实施方案中，陶瓷复合物的增强纤维是碱土铝硅酸盐纤维，例如在下面的表2中那些标记为纤维D和E的纤维。陶瓷复合物的增强纤维可在将纤维引入陶瓷复合物组份批料之前制备(见例如图1中的纤维去缠结步骤)。例如，当碱土金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备陶瓷预制件的方法，包括以下步骤：将增强纤维的团块去缠结以将增强纤维分离成单独的股线；制备陶瓷复合物，该陶瓷复合物包括分离的增强纤维股线、陶瓷颗粒、短效(fugitive)孔隙生成组份、淀粉、低温有机粘结剂、胶体二氧化硅和水；和将陶瓷复合物形成为所需的形状以产生陶瓷预制件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.20 US 62/0660571.一种制备陶瓷预制件的方法，包括以下步骤：将增强纤维的团块去缠结以将增强纤维分离成单独的股线；制备陶瓷复合物，该陶瓷复合物包括分离的增强纤维股线、陶瓷颗粒、短效(fugitive)孔隙生成组份、淀粉、低温有机粘结剂、胶体二氧化硅和水；和将陶瓷复合物形成为所需的形状以产生陶瓷预制件。2.权利要求1的方法，其中所述陶瓷复合物包含：约41重量%至约47重量%的陶瓷颗粒；约9重量%至约15重量%的增强纤维；约4.5重量%至约5.5重量%的短效孔隙生成组份；约3重量%至约4重量%的淀粉；约1.5重量%至约2重量%的低温有机粘结剂；约4.5重量%至约11重量%的胶体二氧化硅；和约17重量%至约38重量%的水。3.权利要求2的方法，其中所述增强纤维是碱土金属铝硅酸盐增强纤维，所述陶瓷颗粒是碳化硅颗粒。4.权利要求1的方法，其中所述增强纤维是碱土金属铝硅酸盐增强纤维，其包含约38重量%至约43重量%SiO2、约18重量%至约23重量%Al2O3和约23重量%至约28重量%的CaO+MgO。5.权利要求1的方法，其中所述增强纤维是碱土金属铝硅酸盐增强纤维，其包含约40重量%至约50重量%SiO2、约10重量%至约16重量%Al2O3和约20重量%至约35重量%的CaO+MgO。6.权利要求1的方法，其中所述去缠结步骤包括：将增强纤维的团块放入容器中，添加包含蒸馏水和1.0至2.0重量%浓度的烷醇氨基酰胺添加剂的水溶液；搅拌容器内容物；倾析水溶液；用水洗涤增强纤维以除去残留的添加剂；倾析洗涤水；和添加约14重量%至约27重量%第一水至洗涤的增强纤维以形成去缠结的纤维悬浮液。7.权利要求6的方法，其中制备陶瓷复合物包括：混合陶瓷复合物的干燥粉末，所述干燥粉末包括陶瓷颗粒、短效孔隙生成组份、淀粉和低温有机粘结剂；将混合的干燥粉末和去缠结的纤维悬浮液混合在一起以形成第一混合物；将胶体二氧化硅和约3.5重量%至约9重量%的第二水混合在一起以形成第二混合物；和将第一混合物和第二混合物混合在一起以形成陶瓷复合物。8.权利要求1的方法，该方法还包括压制和轧制陶瓷复合物。9.权利要求1的方法，其中所述陶瓷复合物形成为盘或环用于制动盘金属基质复合材料。10.权利要求1的方法，该方法还包括：在烘箱中干燥陶瓷预制件，直至由于从陶瓷预制件除去水造成的重量损...

【专利技术属性】
技术研发人员：DT摩尔，EM德利索，JB里基，
申请(专利权)人：知识产权控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US