一种重载汽车刹车片及制备方法技术

本发明专利技术介绍了一种重载汽车刹车片材料及其制备方法。在此新材料中，高强度的三维陶瓷骨架承担复合材料所受外加载荷，同时承受绝大部分的摩擦剪切力作用；金属合金基体吸收应变能，为陶瓷骨架提供支撑。利用两类材料互为支撑骨架，充分发挥陶瓷高硬度／高耐磨／高耐热、金属合金材料高强度／高韧性的特性，所制成的重载汽车刹车片具有性能稳定、高温摩擦性能好、抗开裂／抗裂纹扩展能力强、制动性能优异、大幅度提高使用寿命等特点，并且制备工艺简单、成本低、易维护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造汽车刹车片的摩擦材料及其制备工艺，尤其是应用在 重载汽车上的提供高效刹车力的摩擦材料。
技术介绍
摩擦材料是制动离合器、制动器摩擦片的元件材料，广泛应用于汽车、火 车、飞机、轮船等交通运输工具以及动力机械的制动系统。刹车系统工作的实 质是将刹车时的动能转化为热能，对材料要求高。刹车负荷、温度变化迅速及 高抗裂纹扩展能力，因此摩擦材料的性能直接影响到离合器，制动器乃至整机 的性能与可靠性。近几年来，有关重载汽车刹车失灵造成伤亡的事故时有发生，造成刹车失 灵的主要原因是制动器的热衰退性不能满足要求，也就是刹车制动效能在连续 刹车造成的高温下不能保持恒定。重载汽车作为重要物资、装备、人员、工程 机械系统车辆底盘的重要工具，其可靠性对车辆、人员的安全有着直接的影响。当前重载汽车刹车片普遍使用石棉刹车片和铸造金属刹车片，并采用传统 的鼓式刹车装置。鼓式刹车装置散热性能差，容易出现由于过热而导致的刹车 失灵情况。石棉除对环境造成污染及有致癌的缺陷外，其导热能力较差，反复使用会使热量累积，刹车盘的连续刹车温度会达到500-60(TC甚至更高，制动性 能发生改变，易产生"制动萎縮"，并导致制动失灵。金属刹车片也不能彻底 解决频繁刹车导致刹车失灵的情况发生，刹车性能不稳，对安全造成严重的威 胁，是造成人员伤亡的重要因素。
技术实现思路
本专利技术重载汽车刹车片的目的是实现了 一种碳化硅/金属三维骨架复合材料 新型重载汽车刹车片，该刹车片摩擦系数适中，摩擦性能稳定，刹车响应性能好、使用寿命长、制造工艺简单、成本低、环境适应性好，并提供这种刹车片 的制备方法。本专利技术重载汽车刹车片的技术方案为以三维空间分布的、高强度、高硬 度的碳化硅陶瓷为骨架，在骨架间隙中复合入金属合金制成陶瓷的金属基复合 材料。在此复合材料中，陶瓷与金属组元分别呈空间交叉的三维分布形式，高 强度的三维陶瓷骨架承担复合材料所受外加载荷，同时承受绝大部分的摩擦剪 切力作用；金属合金基体吸收应变能，为陶瓷骨架提供支撑。通过制坯、整形、 烧结、熔渗、加工，得到刹车片的成品。本专利技术一种重载汽车刹车片的制备方法包括如下步骤多孔陶瓷骨架的制 备、陶瓷/金属复合材料的制备、最终尺寸加工等多孔陶瓷骨架的制备为使碳化硅陶瓷骨架在烧结完成后，加工修整过程 简便易行，我们开发出了一种可机加工的多孔碳化硅陶瓷骨架制备技术。该技 术以反应烧结技术为基础，结合纳米材料技术，可制备高密度、高纯度、高耐 热性多孔碳化硅陶瓷的烧结制备技术一"纳米粉体气相反应辅助的液相反应烧 结工艺"。多孔陶瓷骨架的制备采用前驱体法，使用碳化硅、碳化硼、氮化硅、 氧化锆、氮化硼等各类陶瓷原料，依据用途、可靠性需求、费效比等灵活选用。 混浆时以2 7%的比例加入同质或异质的纳米量级的带有分散剂和稳定剂的微 粉，同时可以选用适量的添加同质或异质的纤维。该"纳米粉体气相反应辅助的液相反应烧结工艺"的特点是-(1) 通过改变原材料成分配比，使得多孔碳化硅陶瓷骨架经预烧过程获得较高 的强度。(2) 对陶瓷骨架毛坯进行烧结前机加工，得到接近于最终形状的产品。(3) 对加工后的毛坯进行最终烧结，可以得到变形小、尺寸精确的最终陶瓷骨 架产品。(4) 利用这一技术，可以简单、廉价的方法加工制备出曲面、旋转体、多面体等异形多孔陶瓷骨架基材。陶瓷/金属复合材料制备采用辅以陶瓷表面防护涂层，通过在极短时间内 将金属合金挤压入陶瓷骨架内，并迅速冷却固化的方法，即能有效抑制陶瓷与 金属的反应，保证陶瓷骨架结构不受损害，同时又能形成结构致密的复合材料， 从而保证陶瓷/金属复合材料能具有优异的综合性能，以及良好的工艺重复性。最终尺寸加工通过磨、肖!j、钻等工艺在机床上将得到的毛坯加工到图纸 要求的尺寸。优选地，考虑到成本问题，采用碳化硅/铁合金作为本专利技术刹车片的材料。 本专利技术重载汽车刹车片的优点(1) 寿命长碳化硅是一种硬度仅次于金刚石、高度稳定的耐磨材料，在三 维网状陶瓷骨架中复合进高韧性的金属合金，材料抗开裂/抗裂纹扩展能力强， 因此大大提高了刹车片的寿命。(2) 刹车效能高、响应快刹车过程中，陶瓷骨架不仅能保持整体结构稳定， 而且对其摩擦对偶能立即产生反作用力或刹车抗力，确保陶瓷/金属合金刹车盘 在任何速度下产生较高的刹车效能。(3) 性能稳定三维网状陶瓷骨架保证了整体结构的稳定，使刹车片在高温 下不会软化，保持稳定的刹车性能。(4) 制备工艺简单材料结构可根据需求迅速调整，生产周期短，设备配置 要求也不高，工艺程序少，单项工艺简单，质量控制容易，废品率低，有利于 实现大批量生产和推广应用。(5) 易维护新型复合材料刹车片环境适应性强、寿命长，大大减少了刹车 片的换装频率和维护费用。附图说明图l汽车刹车盘动片示意图。l为刹车片，2为花键孔，3为轮毂。 图2汽车刹车静片示意图。l为刹车片，2为固定架。图3是原材料准备与后续各工序关系4是多孔陶瓷骨架制备流程5是陶瓷/金属复合材料制备流程图具体实施方式前驱体法制备碳化硅/金属复合材料重载汽车刹车片工艺为1、 泡沫切割与清洗平均孔径lmm，闭孔率为8%的聚氨酯泡沫，在5(TC下 清洗lmin。2、 预制体成型按碳化硅微粉120g、工业酒精1000ml、烧结助剂100g、粘 结剂10g配制碳化硅浆料，球磨后机械搅拌20min，挂覆料浆，使预制体密度达 到1.36g/cm3， 225"C烘干后初整形。3、 热解及高温热解以5tVmin的速度使热解炉升温至80(TC、保温30min， 冷却出炉；按碳化硅浆料活性齐1>1:10配制吸注料浆，8tVmin的速度升温至 1200°C，通氩气，保温40min;冷却后精磨至设计要求尺寸。4、 碳化硅陶瓷骨架烧结真空，泡沫陶瓷碳骨架/硅粉以1.12比重组成烧 结组元，以l(TC/min的升温速率至135(rC，保温60min，冷却后去除残余硅。5、 陶瓷/金属合金复合陶瓷骨架预热至30(TC、复合模具预热10min至300 °C，将预热后陶瓷骨架放入模具底模中，浇入金属合金熔液，机械加压55MPa， 保压10s后退出，自然冷却。6、 机加成型粗磨去除多余金属，以热解后修形为原形，钻孔，成型，后 精磨、加工钻孔、修边。根据上述实施方式，得到实施例l-3的碳化硅/金属复合材料刹车片，将所 得的刹车片分别进行摩擦性能、力学性能与热学性能试验.实施例l:前驱体法，碳化硅/金属复合材料刹车片中陶瓷骨架为65wty。，铁 合金35wt。/o;骨架中碳化硅二70wtW，碳化硼二29wtM，烧结助剂A1203;其他，试 验得刹车片性能摩擦系数0.40，抗压强度^150MPa，抗弯强度^100MPa，抗 拉强度^50MPa，抗冲击能力^30MPa，导热系数^14 W/m. K。实施例2:前驱体法，碳化硅/金属复合材料刹车片中陶瓷骨架为60wty。，铸铁合金二40wa;骨架中碳化硅-98wt。/。，烧结助剂Y203-2。/。，试验得刹车片性能 摩擦系数O. 35，抗压强度165MPa，抗弯强度100MPa，抗拉强度60MPa，抗冲击能 力35MPa，导热系数17. 5W/m.K。实施例3:混合体法，碳化硅/金属复合材料刹车片中陶瓷骨架为55wty本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重载汽车刹车片及制备方法，其特征在于：以三维空间分布的、高强度、高硬度的碳化硅陶瓷为骨架，在骨架间隙中复合入金属合金制成陶瓷的金属基复合材料。在此复合材料中，陶瓷与金属组元分别呈空间交叉的三维分布形式，高强度的三维陶瓷骨架承担复合材料所受外加载荷，同时承受绝大部分的摩擦剪切力作用；金属合金基体吸收应变能，为陶瓷骨架提供支撑。通过制坯、整形、烧结、熔渗、加工，得到刹车片的成品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨力，
申请(专利权)人：杨力，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]