[發明專利]一種城市軌道車輛用炭陶制動閘瓦及其制造方法

有效

• 申請號: 201210131818.8
• 申請日: 2012-04-28
• 公開（公告）號: CN102659443A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 李專;肖鵬
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/80;C04B35/565;F16D65/02
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術領域

本發明涉及一種軌道交通車輛配件，具體地說是一種用于城市軌道車輛制動閘瓦的炭纖維增強陶瓷基摩擦材料。

背景技術

隨著近十年我國汽車工業的飛速發展，城市交通及城市道路的擁擠與不暢已成為城市規劃和發展的主要矛盾。發展城市軌道交通(主要包括地鐵、輕軌、磁懸浮和有軌電車等)，建立城際軌道網絡，是當前解決城市公益交通，保證運輸暢通的重要手段。截至2011年，已經有31個城市軌道交通規劃獲得批準，“十二五”期間城市軌道交通將要建成投運2500公里左右，年均500公里左右，到2020年末，全國建成總里程將達7000公里左右，總投資將會超過1萬億元。

制動閘瓦是城市軌道車輛運行過程中主要的消耗性零部件，以上海地鐵為例，其地鐵用制動閘瓦在2010年耗費近億元。近年我國城市軌道交通所用車輛及其車用制動閘瓦基本上依靠進口產品配件維持運轉，例如大部分軌道閘瓦仍由德國的克諾爾(KNORR)、法國的阿爾斯通(ALSTOM)等提供。

目前，在城市軌道交通車輛廣泛應用的制動閘瓦，主要有高磷鑄鐵閘瓦、有機合成閘瓦和粉末冶金閘瓦。早期高磷鑄鐵閘瓦主要應用于普通非提速列車，由于高速制動時熱負荷的增大和溫度的升高，制動性能不穩定，并且制動功率低。有機合成閘瓦由樹脂、橡膠、金屬粉末和潤滑材料等混合熱壓而成，比重輕，常溫性能優越，在城市軌道車輛上得到普遍使用，但其主要缺點是熱穩定性差，濕態條件下衰減大。粉末冶金閘瓦是由金屬(Cu、Fe合金等)與非金屬(SiO₂、石墨等)復合而成的摩擦材料，具有良好的耐磨性、抗粘性、導熱性、使用負荷高和工作可靠等優點，在制動過程中其周邊易產生掉邊掉角現象，制動時閘瓦的偏磨現象突出。因此，盡快實現城市軌道交通車輛用制動閘瓦國產化，改變目前生產落后現狀，滿足國內市場需求，是當前從事摩擦材料研究工作者的重中之重。

炭纖維增強陶瓷基摩擦材料(炭陶摩擦材料，具體到本發明即C/C-SiC-Cu)具有摩擦系數高且穩定，耐磨性、磨合性和導熱性優良，使用負荷高等一系列優異性能，尤其是在環境適應性強，在雨水、油、酸堿和結冰等惡劣氣候條件下摩擦性能衰減少，是二十世紀末發展起來的新一代高性能制動材料。

本申請人前期申請的“炭/炭-碳化硅復合材料剎車閘瓦閘片的制造方法”發明專利(專利號：ZL200710035176.0)主要對以短切炭纖維、碳化硅粉、石墨粉、工業硅粉和粘結劑為原材料，采用溫壓-原位反應法工藝制備的C/C-SiC摩擦材料的制備方法申請了專利保護。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種具有更好的耐熱性、耐磨損、摩擦系數適中、制動平穩、環境適應性強的城市軌道車輛用炭陶制動閘瓦。

本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種制造該城市軌道車輛用炭陶制動閘瓦的方法。

為解決上述第一個技術問題，本發明提供的城市軌道車輛用炭陶制動閘瓦，以連續炭纖維為增強纖維，熱解炭和SiC陶瓷材料為基體材料，采用化學氣相滲透法制得熱解炭基體，采用定向熔硅浸滲法制得陶瓷基體，陶瓷基體的各組分重量比如下：

炭纖維：12-24％；

熱解炭：16-32％；

碳化硅：18-46％；

硅銅化合物：6-19％；

鈦化碳：1-3％；

單質銅：4-12％。

為解決上述第二個技術問題，本發明提供的制造城軌車輛用炭陶制動閘瓦的方法，包括以下工藝步驟：

(1)、針刺炭纖維整體氈：

將單層0°無緯布、胎網、90°無緯布、胎網依次循環疊加，然后采用帶下倒鉤刺的針對疊加的無緯布和網胎進行反復針刺制成炭纖維整體氈，其密度為0.40～0.60g/cm³之間；

(2)、高溫熱處理：

將制得的炭纖維整體氈在高溫處理爐進行900～1600℃的高溫熱處理；

(3)、化學氣相滲透：

將經過高溫熱處理后的炭纖維預制體進行化學氣相滲透制得炭基體，得到密度為0.9～1.5g/cm³的低密度C/C多孔體材料；

(4)、石墨化處理：

將低密度C/C多孔體材料進行1800～2400℃的石墨化處理；

(5)、機加工：

將C/C多孔體材料按閘瓦尺寸加工，并且加工出與骨架鉚接的沉孔；

(6)、熔滲劑配比：