一种碳化钛多孔陶瓷预制体、制动盘及制备方法技术

本发明专利技术涉及高速列车制动盘技术领域，公开了一种碳化钛多孔陶瓷预制体、制动盘及制备方法。碳化钛多孔陶瓷预制体，采用具有贯通气孔的有机骨架模板和如下原料烧结制得；以重量份数计，所述原料包括：40份～75份的过渡金属碳化物粉体，20份～52份的过渡金属粉体，1份～7份的还原铁粉，2份～6份的羰基铁粉；其中，所述过渡金属碳化物包括碳化钛粉；所述过渡金属粉体包括钛粉。制备得到的碳化钛多孔陶瓷预制体具有低密度、高熔点、高硬度、耐磨、耐腐蚀且稳定性好等优异的物理化学性能。本发明专利技术还提供了利用碳化钛多孔陶瓷预制体制备制动盘及制动盘的制备方法。盘的制备方法。盘的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化钛多孔陶瓷预制体、制动盘及制备方法


[0001]本专利技术涉及高速列车制动闸片
，具体涉及一种碳化钛多孔陶瓷预制体、制动盘及制备方法。

技术介绍

[0002]随着铁路运输的高速化和重载化发展，高速列车制动盘所承载的负荷越来越大，作为保障运输安全的关键部件，列车制动盘是在强烈摩擦、高热负荷、大的制动力及交变热应力等多因素耦合作用下工作，摩擦产生的热量使制动盘实际工作温度不断升高，已接近现有制动材料的工作上限，发展性能更优的新型制动材料已成为亟待解决的问题。
[0003]在钢铁材料基础上设计发展起来的铁基复合材料，既可以提高钢铁材料的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性，同时又可以保持良好的初性，可用于开发在高温、高速摩擦等工况下服役的部件。但是与其它金属基复合材料相比，铁基复合材料除了存在与传统陶瓷增强相润湿性差、增强相易发生偏聚等问题，还存在比重大、熔点高、与增强相界面结合差等难题，使得铁基复合材料的发展与应用在一定程度上受到制约，成为开发铁基摩擦复合材料亟待解决的重要问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中，铁基复合材料存在与传统陶瓷增强相润湿性差、增强相易发生偏聚等问题，本专利技术提供了一种碳化钛多孔陶瓷预制体、制动盘及制备方法。
[0005]第一方面，本专利技术提供的一种碳化钛多孔陶瓷预制体，采用具有贯通气孔的有机骨架模板和如下原料烧结制得，以碳化钛多孔陶瓷预制体质量百分比计，所述原料包括：60wt％～75wt％的过渡金属碳化物粉体，20wt％～40％的过渡金属粉体，1wt％～10％的还原铁粉，2wt％～8％的羰基铁粉；其中，所述过渡金属碳化物包括碳化钛粉；所述过渡金属粉体包括钛粉。
[0006]与现有技术相比，上述技术方案中，过渡金属碳化物粉体包括碳化钛，过渡金属粉体包括钛粉，两者经烧制后作为碳化钛多孔陶瓷预制体的骨架，而有机骨架模板处形成陶瓷预制体骨架的多孔结构。添加的还原铁粉可以作为金属粘接剂，提高多孔陶瓷预制体的强度。添加的羰基铁粉，由于其活性高、粒径小，呈团球状，其可以进一步促进烧结，提高烧结密度，减少陶瓷骨架的缺陷，经烧制后，最终制得的碳化钛多孔陶瓷预制体，经过XRD测试分析，包含有主要物相TiC，还检测到少量Fe3C，且制得的碳化钛多孔陶瓷预制体可以为面心立方结构。
[0007]第二方面，本专利技术提供一种碳化钛多孔陶瓷预制体的制备方法，用于制备上述碳化钛多孔陶瓷预制体，包括：
[0008]模板预处理：选用有机骨架模板，所述骨架模板具有贯通气孔，将所述有机骨架模板清洗干净；
[0009]混料：按上述配比将所述原料混合，将混合后的粉体进行研磨，得到混合粉体；
[0010]配置浆料：将所述混合粉体加入到浓度为1wt.％～3wt.％多元醇水溶液中，充分搅拌后得到浆料，所述浆料的固含量为25vol％～35vol％；
[0011]浸渍涂覆：将经预处理后的所述有机骨架模板浸渍于配置好的所述浆料中，进行一次涂覆，将涂覆后的有机骨架模板通过充分挤压排除多余料浆，并经室温充分干燥后，进行下一次浸渍涂覆，多次重复此步骤进行涂覆；
[0012]烧制：将浸渍完全且充分干燥后的试样置于石墨模具中，真空烧结，获得碳化钛多孔陶瓷预制体。
[0013]与现有技术相比，本专利技术提供的碳化钛多孔陶瓷预制体的制备方法的有益效果与上述技术方案的碳化钛多孔陶瓷预制体的有益效果相同，此处不做赘述。
[0014]第三方面，本专利技术还提供一种列车制动用制动盘，包括金属基体和增强体，所述金属基体为还原铁粉，所述增强体为上述碳化钛多孔陶瓷预制体，所述还原铁粉与所述碳化钛多孔陶瓷预制体的质量比为(6～8)：(2～4)。
[0015]与现有技术相比，本专利技术提供的列车制动用制动盘的有益效果与上述技术方案的碳化钛多孔陶瓷预制体的有益效果相同，此处不做赘述。
[0016]第四方面，一种列车制动用制动盘的制备方法，用于制备上述列车制动用制动盘，包括如下步骤：
[0017]将还原铁粉通过加压制备得到还原铁粉生坯；
[0018]在坩埚中，从下至上依次放置所述还原铁粉生坯和碳化钛多孔陶瓷预制体；
[0019]将坩埚置于烧结炉中，通过熔融浸渗工艺制备列车制动用制动盘；其中所述熔融浸渗工艺条件：浸渗温度为1450～1650℃，保温0.5～1h，气氛为真空。
[0020]与现有技术相比，本专利技术提供的列车制动用制动盘的制备方法的有益效果与上述技术方案的列车制动用制动盘的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
[0021]图1：实施例4中添加还原铁粉和羰基铁粉烧制的TiC多孔陶瓷预制体浸渗制备的TiC
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Fe双连续相复合材料
[0022]图2：实施例1、实施例12和实施例13中有机骨架模板中孔径尺寸对TiC
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Fe双连续相复合材料摩擦系数的影响
[0023]图3：实施例1、实施例12和实施例13中有机骨架模板中孔径尺寸对TiC
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Fe双连续相复合材料磨损率的影响
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]现有技术中，铁基复合材料与传统陶瓷增强相之间存在润湿性差、增强相易发生偏聚及界面结合差等问题。为了解决上述问题，本专利技术实施例提供一种碳化钛多孔陶瓷预制体，其与铁基复合材料具有良好的润湿性，可以解决增强相易发生偏聚及界面结合差的问题。
[0026]本专利技术实施例提供一种碳化钛多孔陶瓷预制体，以重量份数计，包括如下原料：40份～75份的过渡金属碳化物粉体，20份～52份的过渡金属粉体，1份～7份的还原铁粉，2份～6份的羰基铁粉。具体实施时，过渡金属碳化物粉体可以为碳化钛粉，用量可以选40份、55份、60份、63.7份、和75份等，在此不进行具体限定。过渡金属粉体可以为钛粉，用量可以选择20份、23.3份、34.5份、37份、52份等，在此不进行具体限定。还原铁粉的用量可以选择1份、2份、5.4份、3.7份、7份等，在此不进行具体限定。羰基铁粉的用量可以具体选2份、3份、4.3份、5.1份、6份等，在此不进行具体限定。由于碳化钛多孔陶瓷预制体是在高温条件下烧结制成，烧结后粉体之间的粘结性能直接影响烧结成品的强度性能，烧结密度影响烧结成品的骨架形态。因此，本专利技术实施例提供的碳化钛多孔陶瓷预制体通过添加还原铁粉，其可以作为金属粘接剂，提高多孔陶瓷预制体的强度，而通过添加羰基铁粉，由于其活性高、粒径小，呈团球状，其可以进一步促进多孔陶瓷预制体的烧结，提高烧结密度，减少陶瓷骨架的缺陷，进而提高碳化钛多孔陶瓷预制体的强度性能。此外，还通过实验验证，只有当添加还原铁粉为1wt％～2wt％，羰基铁粉为2wt％～3wt％时，制备得到的碳化钛多孔陶瓷预制体具有低密度、高熔点、高硬度、耐磨、耐腐蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化钛多孔陶瓷预制体，其特征在于，采用具有贯通气孔的有机骨架模板和如下原料烧结制得；以重量份数计，所述原料包括：40份～75份的过渡金属碳化物粉体，20份～52份的过渡金属粉体，1份～7份的还原铁粉，2份～6份的羰基铁粉；其中，所述过渡金属碳化物包括碳化钛粉；所述过渡金属粉体包括钛粉。2.根据权利要求1所述碳化钛多孔陶瓷预制体，其特征在于，所述过渡金属碳化物粉体还包括碳化铬粉、碳化钒粉、碳化钽粉中的任意一种或多种。3.根据权利要求1所述碳化钛多孔陶瓷预制体，其特征在于，所述过渡金属粉体还包括钼粉、镍粉、铜粉中的任意一种或多种。4.根据权利要求1～3任一所述碳化钛多孔陶瓷预制体，其特征在于，所述碳化钛多孔陶瓷预制体还包括1份～20份的碳化硼粉。5.一种碳化钛多孔陶瓷预制体的制备方法，用于制备权利要求1～4任一所述碳化钛多孔陶瓷预制体，其特征在于，包括：模板预处理：选用有机骨架模板，所述骨架模板具有贯通气孔，将所述有机骨架模板清洗干净，其中气孔的孔径为10PPI～30PPI；混料：按上述配比将所述原料混合，将混合后的粉体进行研磨，得到混合粉体；配置浆料：将所述混合粉体加入到浓度为1wt.％～3wt.％多元醇水溶液中，充分搅拌后得到浆料，所述浆料的固含量为25vol％～35vol％；浸渍涂覆：将经预处理后的所述有机骨架模板浸渍于配置好的所述浆料中，进行一次涂覆，将涂覆后的有机骨架模板通过充分挤压排除多余料浆，并经室温充分干燥后，进行下一次浸渍涂覆，多次重复此步骤进行涂覆；烧制：将浸渍完全且充分干燥后的试样置于石墨模具中，真空烧结，获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂广远，钟梓云，杨国栋，王剑，宋呈威，
申请(专利权)人：山东菏泽德通新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：