[發(fā)明專利]一種用于高速列車的陶瓷/金屬復(fù)合材料閘片及其制備方法

有效

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• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN103075445A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 房明;喻亮;葛錦明;張顯南;俞曉祥
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江天樂新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): F16D65/04
• 分類號(hào): F16D65/04;F16D69/02;B22D19/02;B22D19/08
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務(wù)所(普通合伙) 33206
• 代理人: 張?jiān)首?/td>

技術(shù)領(lǐng)域

??本發(fā)明屬于高速制動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其與一種用于高速列車的閘片及其制備方法有關(guān)。

背景技術(shù)

高速列車閘片的制動(dòng)性能直接影響列車運(yùn)營的安全性，故對閘片的制動(dòng)性能提出了更高的要求，特別是摩擦學(xué)性能?隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，列車時(shí)速已超過350?km/h，傳統(tǒng)的樹脂基半金屬和粉末冶金法制備金屬陶瓷燒結(jié)體制動(dòng)材料已不能滿足350?km/h以上緊急制動(dòng)的要求。這是因?yàn)楹铣傻臉渲苿?dòng)材料摩擦片的導(dǎo)熱系數(shù)低，當(dāng)制動(dòng)溫度超過350?℃時(shí)，樹脂易發(fā)生碳化，導(dǎo)致摩擦片的開裂和失效；鐵基和銅基的粉末冶金閘片價(jià)格昂貴，壽命較短，在350?km/h以上緊急制動(dòng)時(shí)，此類閘片易掉粉、掉渣，摩擦系數(shù)低，熱穩(wěn)定性差，不能滿足制動(dòng)要求。此外，國內(nèi)外已經(jīng)開始了用于高速列車的碳/陶瓷復(fù)合材料閘片及碳/碳復(fù)合材料閘片的研制，因價(jià)格昂貴及工藝復(fù)雜等的限制還未形成工業(yè)化生產(chǎn)。

因此，生產(chǎn)具有制動(dòng)安全耐高溫耐磨損的可用于350km/h甚至380km/h以上高速列車的閘片成為當(dāng)務(wù)之急。

陶瓷/金屬復(fù)合材料閘片在高速重載制動(dòng)工況具有較高而平穩(wěn)的摩擦系數(shù)和低的磨損率而被重視。陶瓷增強(qiáng)體的形狀很多，包括顆粒?纖維?晶須?多孔或三維網(wǎng)絡(luò)等?其中顆粒?纖維和晶須增強(qiáng)相為最常見的增強(qiáng)體，但其與金屬復(fù)合形成非連續(xù)界面，增強(qiáng)相在制動(dòng)過程中易脫落而大大降低復(fù)合材料的性能?三維網(wǎng)絡(luò)陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料則由于網(wǎng)絡(luò)陶瓷的閉孔問題得不到有效解決，難以鑄造成無缺陷的產(chǎn)品而受極大限制?因此，柱狀陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料就成為了是近年的研究熱點(diǎn)。其中，中國專利“陶瓷柱狀陣列增強(qiáng)金屬復(fù)合材料或部件及其制備方法(專利號(hào)CN102581259?A)涉及陶瓷柱狀陣列陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。但其柱狀陶瓷是單根支柱，必須一根根固定在鑄腔內(nèi)后，才能進(jìn)行澆注與金屬復(fù)合成復(fù)合材料。而本發(fā)明采用的聯(lián)體陶瓷素坯是通過注漿、模壓、等靜壓等成形方式得到的，故在燒結(jié)之前就聯(lián)成一體，燒結(jié)之后得到由一定規(guī)則的柱形陣列和與之相連接的襯底的聯(lián)體陶瓷塊，與其有本質(zhì)的區(qū)別。此外，中國專利陶瓷陣列結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法”（專利號(hào)：CN101463182A）的陶瓷陣列尺寸則屬于微觀范疇，用于制備功能材料，與本申請采用宏觀陶瓷陣列制備結(jié)構(gòu)材料不同?

由于本專利申請涉及的閘片中的陶瓷和金屬的熱膨脹系數(shù)不匹配，在制動(dòng)產(chǎn)生的熱力作用下，在陶瓷和金屬的界面處容易形成微孔。微孔將形成熱疲勞裂紋，擴(kuò)展的裂紋會(huì)造成閘片的掉粉、掉渣，甚至掉塊而嚴(yán)重影響閘片的力學(xué)性能、摩擦性能，危及高速列車的行車安全。針對此問題，本發(fā)明采用散熱設(shè)計(jì)來優(yōu)化閘片的結(jié)構(gòu)，即把摩擦塊設(shè)計(jì)成圓柱形或多邊形等幾何圖形，摩擦塊與摩擦塊之間的寬度為3~8?mm，可大大提高排粉能力，降低閘片摩擦面溫度和熱應(yīng)力，減少熱損傷和熱衰退，提高了其適用的速度上限，能對運(yùn)營速度達(dá)380?km/h的高速列車實(shí)行有效的制動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有高速列車閘片存在著熱穩(wěn)定性差、摩擦系數(shù)低、摩損率高、抗熱衰減性差、壽命短的缺陷，提供一種熱穩(wěn)定性好、摩擦系數(shù)高、磨損率低、抗熱衰減性好、壽命長的高速列車閘片。

為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種用于高速列車的陶瓷/金屬復(fù)合材料閘片，其特征在于：所述的閘片包括摩擦塊、基板和散熱片，摩擦塊由規(guī)則排列的陶瓷塊增強(qiáng)金屬復(fù)合材料構(gòu)成，陶瓷塊由陶瓷襯底上設(shè)有若干根規(guī)則排列的柱形陶瓷陣列構(gòu)成，摩擦塊、網(wǎng)狀的散熱片分別設(shè)在基板的兩側(cè)面。

所述的摩擦塊可設(shè)成圓形或多邊形，摩擦塊與摩擦塊之間的間隙寬度在3~8?mm為最佳。

所述的陶瓷柱和陶瓷襯底為同一材質(zhì)，是一個(gè)整體，由Al₂O₃、SiC、B₄C、Si₃N₄、Ti₃SiC₂、TiB₂、ZrB₂、TiC、ZrO₂中的一種單相或復(fù)相構(gòu)成?

所述的陶瓷柱的橫截面可以是圓形?橢圓形?菱形?正方形?六邊形或其他幾何圖形；所述的陶瓷柱的縱截面可以是梯形，正方形，矩形或其他幾何圖形；所述的陶瓷襯底的橫截面可以是圓形?橢圓形?菱形?正方形?六邊形或其他幾何圖形?

所述的陶瓷塊由一定規(guī)則的柱形陶瓷陣列和與之相連接的陶瓷襯底的聯(lián)體陶瓷素坯通過燒結(jié)工藝得到，所述的聯(lián)體陶瓷素坯可由注漿?凝膠注模、模壓靜壓等方式成形，所述的陶瓷塊采用表面活化或者鈍化的方法進(jìn)行表面處理。