一种用于高速列车的陶瓷/金属复合材料闸片及其制备方法，属于高速制动技术领域。现有高速列车闸片存在着热稳定性差、摩擦系数低、摩损率高、抗热衰减性差、寿命短的缺陷。本发明专利技术包括摩擦块、基板和散热片，摩擦块由陶瓷块增强金属复合材料构成，摩擦块之间的间隙宽度在3~8mm，陶瓷块由按一定规则的陶瓷柱和与之连接的陶瓷衬底的联体陶瓷素坯经烧结得到，联体陶瓷素坯可由注浆，凝胶注模，模压，等静压等方式成形。本发明专利技术的制备方法步骤如下：陶瓷块烧结和表面处理，闸片铸造，精密加工及热处理。本发明专利技术具有热稳定性好、摩擦系数高、磨损率低、抗热衰减性好、寿命长等特点，能对380km/h的高速列车实行有效制动。?
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高速制动
，尤其与一种用于高速列车的闸片及其制备方法有关。
技术介绍
高速列车闸片的制动性能直接影响列车运营的安全性，故对闸片的制动性能提出了更高的要求，特别是摩擦学性能。随着我国高速铁路的快速发展，列车时速已超过350km/h，传统的树脂基半金属和粉末冶金法制备金属陶瓷烧结体制动材料已不能满足350km/h以上紧急制动的要求。这是因为合成的树脂制动材料摩擦片的导热系数低，当制动温度超过350 °C时，树脂易发生碳化，导致摩擦片的开裂和失效；铁基和铜基的粉末冶金闸片价格昂贵，寿命较短，在350 km/h以上紧急制动时，此类闸片易掉粉、掉渣，摩擦系数低，热稳定性差，不能满足制动要求。此外，国内外已经开始了用于高速列车的碳/陶瓷复合材料闸片及碳/碳复合材料闸片的研制，因价格昂贵及工艺复杂等的限制还未形成工业化生产。因此，生产具有制动安全耐高温耐磨损的可用于350km/h甚至380km/h以上高速列车的闸片成为当务之急。陶瓷/金属复合材料闸片在高速重载制动工况具有较高而平稳的摩擦系数和低的磨损率而被重视。陶瓷增强体的形状很多，包括颗粒、纤维、晶须、多孔或三维网络等。其中颗粒、纤维和晶须增强相为最常见的增强体，但其与金属复合形成非连续界面，增强相在制动过程中易脱落而大大降低复合材料的性能。三维网络陶瓷增强金属基复合材料则由于网络陶瓷的闭孔问题得不到有效解决，难以铸造成无缺陷的产品而受极大限制。因此，柱状陶瓷增强金属基复合材料就成为了是近年的研究热点。其中，中国专利“陶瓷柱状阵列增强金属复合材料或部件及其制备方法(专利号CN102581259 A)涉及陶瓷柱状阵列陶瓷增强金属基复合材料。但其柱状陶瓷是单根支柱，必须一根根固定在铸腔内后，才能进行浇注与金属复合成复合材料。而本专利技术采用的联体陶瓷素坯是通过注浆、模压、等静压等成形方式得到的，故在烧结之前就联成一体，烧结之后得到由一定规则的柱形阵列和与之相连接的衬底的联体陶瓷块，与其有本质的区别。此外，中国专利陶瓷阵列结构复合材料及其制备方法”(专利号CN101463182A)的陶瓷阵列尺寸则属于微观范畴，用于制备功能材料，与本申请采用宏观陶瓷阵列制备结构材料不同。 由于本专利申请涉及的闸片中的陶瓷和金属的热膨胀系数不匹配，在制动产生的热力作用下，在陶瓷和金属的界面处容易形成微孔。微孔将形成热疲劳裂纹，扩展的裂纹会造成闸片的掉粉、掉渣，甚至掉块而严重影响闸片的力学性能、摩擦性能，危及高速列车的行车安全。针对此问题，本专利技术采用散热设计来优化闸片的结构，即把摩擦块设计成圆柱形或多边形等几何图形，摩擦块与摩擦块之间的宽度为3 8 mm，可大大提高排粉能力，降低闸片摩擦面温度和热应力，减少热损伤和热衰退，提高了其适用的速度上限，能对运营速度达380km/h的高速列车实行有效的制动。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服现有高速列车闸片存在着热稳定性差、摩擦系数低、摩损率高、抗热衰减性差、寿命短的缺陷，提供一种热稳定性好、摩擦系数高、磨损率低、抗热衰减性好、寿命长的高速列车闸片。为此，本专利技术采用以下技术方案:一种用于高速列车的陶瓷/金属复合材料闸片，其特征在于:所述的闸片包括摩擦块、基板和散热片，摩擦块由规则排列的陶瓷块增强金属复合材料构成，陶瓷块由陶瓷衬底上设有若干根规则排列的柱形陶瓷阵列构成，摩擦块、网状的散热片分别设在基板的两侧面。所述的摩擦块可设成圆形或多边形，摩擦块与摩擦块之间的间隙宽度在:Γ8 mm为最佳。所述的陶瓷柱和陶瓷衬底为同一材质，是一个整体，由A1203、SiC、B4C, Si3N4,Ti3SiC2, TiB2, ZrB2, TiC, ZrO2中的一种单相或复相构成。 所述的陶瓷柱的横截面可以是圆形、椭圆形、菱形、正方形、六边形或其他几何图形；所述的陶瓷柱的纵截面可以是梯形，正方形，矩形或其他几何图形；所述的陶瓷衬底的横截面可以是圆形、椭圆形、菱形、正方形、六边形或其他几何图形。 所述的陶瓷块由一定规则的柱形陶瓷阵列和与之相连接的陶瓷衬底的联体陶瓷素坯通过烧结工艺得到，所述的联体陶瓷素坯可由注浆、凝胶注模、模压静压等方式成形，所述的陶瓷块采用表面活化或者钝化的方法进行表面处理。所述摩擦块的金属材质为铝合金、镁铝合金、钛合金、铜合金、铸钢或铸铁中的一种或多种的复合。`一种制备上述闸片的方法，其特征在于:所述的制备方法具体步骤如下: 步骤1:陶瓷块的制备:按照陶瓷柱的横截面和纵截面的几何形状、间距、阵列方式的不同，制备出石膏或者金属等不同材质的阴模具，将按照一定比例配好的浆料或粉料置入所述的阴模具内，采用注浆、凝胶注模、模压、等静压等成形方式获得所述的陶瓷柱和陶瓷衬底联体的陶瓷素坯；将所述的陶瓷素坯烘干，修整外形，抛光，烧结，获得所述的陶瓷块。 步骤2:陶瓷块的表面处理:采用表面活化或者钝化的方法对所述的陶瓷块进行表面处理，目的是控制陶瓷块与金属基体的界面结合强度。根据陶瓷块的不同材质，采用相应的表面处理工艺。表面钝化的方法:在陶瓷块表面覆盖上氧化铁、氧化锆、氧化镁、氧化钛等氧化物薄膜，来减缓含有A1203、Ti3SiC2, SiC、ZrO2等材料的陶瓷块与金属熔液发生化学腐蚀；表面活化的方法:在陶瓷块表面覆盖上氧化铬、氧化钇、稀土氧化物、碱土氧化物等薄膜，来增加含有SiC、B4C, TiB2, Si3N4, ZrB2等材料的陶瓷块与金属基体的润湿性，提高陶瓷/金属的界面强度； 步骤3:闸片的铸造:将经过了步骤2的陶瓷块按照设计要求固定在内壁喷涂了氮化硼等脱模剂的铸腔内，陶瓷块占复合材料的体积百分比为59Γ80%，采用常压铸造、低压铸造、负压铸造、差压铸造、重力-电磁场铸造或负压-电磁场铸造等技术，将熔融金属浇铸于所述的铸腔内，将陶瓷块与金属基体复合为一体获得闸片。根据不同的金属基体材料而采用相应的铸造工艺。如:对于铝合金、镁铝合金采用常压铸造、低压铸造、负压铸造、差压铸造、重力-电磁场铸造或负压-电磁场铸造等铸造工艺，浇铸温度为55(Γ750 V ;对于铜合金采用常压铸造、低压铸造、负压铸造、差压铸造、重力-电磁场铸造或负压-电磁场铸造等铸造工艺，浇铸温度为100(Γ1400 V ;对于钛合金采用低压铸造、差压铸造、重力-电磁场铸造、负压-电磁场铸造等铸造工艺，浇铸温度为180(Γ2100 V ;对于铸铁、铸钢材料采用负压铸造、低压铸造、差压铸造、重力-电磁场铸造、负压-电磁场铸造等铸造工艺，浇铸温度为 1300 1700 0C0步骤4:闸片的精密加工:所述闸片盘环的表面粗糙度要达到Ra 3.2以上，经过探伤检测无裂纹； 步骤5:闸片的热处理:以陶瓷增强铜合金闸片为例，采用淬火、回火等热处理工艺；以陶瓷增强铝合金闸片为例，采用Τ6、Τ61等热处理工艺；其他的闸片则根据不同的金属基体材料，采用相应的热处理工艺。所述的闸片可与铸钢(或铸铁、铸铝)制动盘、陶瓷颗粒或陶瓷网络增强铝基(或镁基、铜基、钛基、钢基等)制动盘、碳碳制动盘和碳陶瓷制动盘组成摩擦副。使用本专利技术可以达到以下有益效果:1、直接将陶瓷块置入铸腔内固定，这大大方便了陶瓷增强金属复合材料大试样的工程化制备，减少了陶瓷块在金属液冲刷下的移动，提高了金属基复合材料陶瓷本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于高速列车的陶瓷/金属复合材料闸片，其特征在于：所述的闸片包括摩擦块(1)、基板(3)和散热片(4)，摩擦块(1)由规则排列的陶瓷块(2)增强金属复合材料构成，陶瓷块(2)由陶瓷衬底(5)上设有若干根规则排列的陶瓷柱(6)构成，摩擦块(1)、网状的散热片(4)分别设在基板(3)的两侧面。
【技术特征摘要】
1.一种用于高速列车的陶瓷/金属复合材料闸片，其特征在于:所述的闸片包括摩擦块(1)、基板⑶和散热片(4)，摩擦块⑴由规则排列的陶瓷块(2)增强金属复合材料构成，陶瓷块(2)由陶瓷衬底(5)上设有若干根规则排列的陶瓷柱(6)构成，摩擦块(1)、网状的散热片(4)分别设在基板(3)的两侧面。2.根据权利要求1所述的一种用于高速列车的陶瓷/金属复合材料闸片，其特征在于:所述的摩擦块(I)可设成圆形或多边形。3.根据权利要求1所述的一种用于高速列车的陶瓷/金属复合材料闸片，其特征在于:所述摩擦块(I)与摩擦块(I)之间的间隙宽度在3 8mm。4.根据权利要求1所述的一种用于高速列车的陶瓷/金属复合材料闸片，其特征在于:所述的陶瓷柱(6)和陶瓷衬底(5)为同一材质，是一个整体，由A1203、SiC、B4C, Si3N4,Ti3SiC2, TiB2, ZrB2, TiC、ZrO2中的一种单相或复相构成。5.根据权利要求1所述的一种用于高速列车的陶瓷/金属复合材料闸片，其特征在于:所述的陶瓷柱(6)的横截面可以是圆形、椭圆形、菱形、正方形或六边形；所述的陶瓷柱(6)的纵截面可以是梯形，正方形或矩形；所述的陶瓷衬底(5)的横截面可以是圆形、椭圆形、菱形、正方形或六边形。6.根据权利要求1所述的一种用于高速列车的陶瓷/金属复合材料闸片，其特征在于:所述的陶瓷块(2)由一定规则的柱形陶瓷阵列和与之相连接的陶瓷衬底的联体陶瓷素坯通过烧结工艺得到，所述的联体陶瓷素坯可由注浆、凝胶注模、模压静压等方式成形，所述的陶瓷块采用表面活化或者钝化的方法进行表面处理。7.根据权利要求1所述的一种用于高速列车的陶瓷/金属复合材料闸片，其特征在于:所述的摩擦块的金属材质为铝合金、镁铝合金、钛合金、铜合金、铸钢或铸铁中的一种或多种的复合。8.一种制备如权利要求1所述的一种用于高速列车的陶瓷/金属复合材料闸片，其特征在于:所述的闸片制备方法具体步骤如下: 步骤1:陶瓷块的制备:按照陶瓷柱￠)的横截面和纵截面的几何形状、间距、阵列方式的不同，制备出石膏或者金属等不同材质的阴模具，将按照一定比例配好的浆料或粉料置入所述的阴模具内，采用注浆、凝胶注模、模压、等静压等成形方式获得所述的陶瓷柱(6)和陶瓷衬底(5)联体的陶瓷素坯；将所述的陶瓷素坯烘干，修整外形...
【专利技术属性】
技术研发人员：房明，喻亮，葛锦明，张显南，俞晓祥，
申请(专利权)人：浙江天乐新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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