[發(fā)明專利]一種增強(qiáng)型銅基復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210364842.6
• 申請(qǐng)日: 2012-09-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103668012A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹金偉;曾宇平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): C22C47/14
• 分類號(hào): C22C47/14;C22C49/02;C22C101/18
• 代理公司: 上海海頌知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)型銅基復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，具體說(shuō)，是涉及一種以β-Si₃N₄晶須為增強(qiáng)體的增強(qiáng)型銅基復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著高速列車的飛速發(fā)展，列車的運(yùn)行速度已經(jīng)從傳統(tǒng)的80km/h提升到200km/h以上，部分線路(如京滬高速鐵路等)時(shí)速已經(jīng)達(dá)到300km/h以上。為了在緊急情況下使列車能夠安全制動(dòng)，需要開(kāi)發(fā)更高性能的閘片材料。傳統(tǒng)的鑄鐵或者鑄鋼材料，由于導(dǎo)熱差，易龜裂等，在工作環(huán)境下難以保證足夠的安全性，所以，發(fā)展高性能制動(dòng)材料是當(dāng)前高鐵技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要課題。從世界各國(guó)列車制動(dòng)盤材料的發(fā)展歷程來(lái)看，其主要經(jīng)歷了普通鑄鐵、鑄鋼、低合金鑄鐵、特種鑄鐵、特種鑄鋼、低合金鍛鋼以及復(fù)合材料等過(guò)程。只有通過(guò)發(fā)展新型高性能制動(dòng)材料，才能滿足高速列車的要求。

由于銅具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，并且來(lái)源廣泛，因此成為閘片材料的良好選擇。而傳統(tǒng)的純銅和銅基合金材料由于強(qiáng)度和硬度低，易磨損等不足，難以滿足高性能摩擦材料所具備的高摩擦系數(shù)、低磨損、高強(qiáng)度和高的工作溫度的要求，直接用于機(jī)械系統(tǒng)難以達(dá)到良好的效果。因此，對(duì)傳統(tǒng)銅基材料進(jìn)一步改進(jìn)，成為該材料發(fā)展的一個(gè)重要方向。

目前，銅基材料的增強(qiáng)主要以加入TiC、SiC等顆粒、碳纖維增強(qiáng)為主。陶瓷顆粒或碳纖維的加入，可以強(qiáng)化基體，減少摩擦過(guò)程中抵抗對(duì)偶微凸體的犁削磨損。當(dāng)材料表面受到摩擦而產(chǎn)生裂紋時(shí)，金屬相由于硬度較低因而容易磨損，而當(dāng)裂紋擴(kuò)展至陶瓷相時(shí)，由于陶瓷相具有很高的強(qiáng)度，因此裂紋沿著相界面產(chǎn)生偏折或者需要更大的作用力使陶瓷相破裂，以上情況可以有效提高材料的斷裂功，減少表面材料的脫落，從而提高其抗磨損性能。同時(shí)，由于陶瓷相的加入，金屬材料失去光滑的表面，提高了材料的摩擦系數(shù)。但由于銅材料的廣泛應(yīng)用很大程度上依賴其高熱導(dǎo)的特性，因此需要選用高熱導(dǎo)材料作為增強(qiáng)相，實(shí)現(xiàn)銅基復(fù)合材料的高導(dǎo)熱性，才能滿足該類材料應(yīng)用于制作列車閘片的性能要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種以β-Si₃N₄晶須為增強(qiáng)體的增強(qiáng)型銅基復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)該類材料制作列車閘片的應(yīng)用要求。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種增強(qiáng)型銅基復(fù)合材料，是由β-Si₃N₄晶須為增強(qiáng)相、純銅或銅基合金為基體相，經(jīng)球磨混合均勻后進(jìn)行熱壓燒結(jié)或無(wú)壓燒結(jié)制備而得。

作為一種優(yōu)選方案，所述復(fù)合材料中的β-Si₃N₄晶須所占的體積百分比為3～40%，基體相所占的體積百分比為97～60%。

作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述復(fù)合材料中的β-Si₃N₄晶須所占的體積百分比為10～20%，基體相所占的體積百分比為90～80%。

作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述的β-Si₃N₄晶須為長(zhǎng)棒狀，晶須直徑為0.1～5μm，晶須長(zhǎng)度為1～15μm，晶須的長(zhǎng)徑比為3～40。

作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述的基體相為中位粒徑在10～100μm的顆粒狀純銅或銅基合金粉末。

一種制備上述增強(qiáng)型銅基復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：

a)按配比稱取β-Si₃N₄晶須及純銅或銅基合金粉末，球磨使混合均勻，制得復(fù)合物前驅(qū)體；

b)對(duì)上步制得的復(fù)合物前驅(qū)體進(jìn)行熱壓燒結(jié)或無(wú)壓燒結(jié)。

作為一種優(yōu)選方案，步驟a)中所述的球磨為滾動(dòng)球磨。

作為一種優(yōu)選方案，步驟b)中所述的熱壓燒結(jié)的工藝如下：燒結(jié)溫度為750～1000℃，燒結(jié)壓力為10～40MPa，保溫時(shí)間為0.5～2小時(shí)，燒結(jié)氣氛為真空或Ar氣氣氛。

作為一種優(yōu)選方案，步驟b)中所述的無(wú)壓燒結(jié)的工藝如下：首先在15～30MPa壓力下將步驟a)制得的前驅(qū)體預(yù)壓成塊，然后在100～300MPa壓力下進(jìn)行冷等靜壓處理，再在真空或Ar氣氣氛下、750～1000℃保溫0.5～2小時(shí)。

上述增強(qiáng)型銅基復(fù)合材料的一種用途，是應(yīng)用于制作閘片。