[發明專利]一種銅基復合材料摩擦塊的連續氣壓燒結方法

有效

• 申請號: 201310334681.0
• 申請日: 2013-08-02
• 公開（公告）號: CN103468992A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 燕青芝;王曄
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明涉及一種高速列車銅基復合材料摩擦塊的制備工藝，屬于列車制動系統領域。

技術背景

銅基復合材料摩擦塊是高速列車盤形制動裝置的關鍵部件，由銅基摩擦體與起強度支撐作用的鋼背連接而構成，并通過具有特殊結構的鋼連接件連接在裝配背板上組成完整剎車片。銅基摩擦體以銅粉為主體，并添加有合金粉、陶瓷粉、潤滑粉體等多種摩擦調節成分，經混合、成型、燒結三個主要工藝過程，制成為摩擦系數穩定性高、導熱好、熱容高、耐高溫、耐雨雪的復合材料。

目前，銅基復合材料摩擦塊一般在鐘罩式燒結爐或熱壓燒結爐中進行燒結，如專利201210082460.4,專利200910067243.6，專利201210001828.X等所述，樣品經過冷壓成形后置入爐中，在燒結過程中對樣品進行機械加壓。這種燒結方式，受到單爐裝件量限制，生產效率較低，重復升溫與降溫過程存在熱能的浪費。機械加壓方式難以保證樣品在受力方向上密度均勻性，容易導致后期使用過程中內部缺陷的產生。也有部分摩擦材料，如專利200510110161.7所述，采用平敷粉體后，無壓燒結-軋制-燒結的方式，制備工藝復雜，且不適用于摩擦層較厚的摩擦材料。本發明使用連續燒結設備，該設備多用于銅片、銅漿和某些電子元件的處理過程，屬于根據不同產品工藝進行定制的非標設備。結合本發明要求的制備工藝，在設備溫度和氣體壓力調節穩定后，即可實現連續不間斷生產，大大提高了生產效率和熱能利用率。對于氣壓燒結方式，目前主要用于氮化硅陶瓷（專利201110120112.7等）、高耐磨Ti（C,N）基金屬陶瓷刀具（專利200810031706.9）、復合碳化物顆粒增強鎢基復合材料（專利02107639.1）等以陶瓷基和金屬陶瓷基為主的產品的制備。以上陶瓷材料的氣壓燒結為間歇式燒結，燒結壓力通常在20MPa以上,無法實現連續燒結。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高速列車用銅基復合材料摩擦塊的連續氣壓燒結制備工藝。通過連續燒結和氣壓燒結保證樣品質量的穩定性，并能得到密度均勻性高、摩擦性能穩定、吸聲降噪的高質量產品。

連續氣壓燒結包括以下制備工藝：

1.按用戶配方要求將銅粉、鐵粉、鱗片石墨、二硫化鉬、氧化鋁、鉻鐵礦按比例稱量，其中銅與鐵兩者比例為2:1-6:1，各成分均勻混合并冷壓成形后，準備進行連續氣壓燒結。

2.調節連續燒結設備的運行速率為35-120mm/min，780-1200℃，保溫時間10-180min。

3.調節燒結過程中氣體壓力，爐腔內氣體壓力0.5-3MPa，由氫氣和氮氣按體積比1:2-1:9的比例構成。

4.樣品隨傳動裝置依次經過預熱區、低溫區、高溫區、冷卻區，完成燒結過程，出爐后溫度＜40℃。

本發明的有益效果是，提供了一種生產效率高、產品質量可靠的銅基復合材料摩擦塊制備工藝。摩擦塊成型后，可直接入爐連續燒結，無須受傳統制備工藝中單爐裝件量限制；克服了傳統間歇燒結導致的批次間樣品性能的波動和差異性，避免了間歇燒結批次間重復加熱與降溫的能耗浪費。氣壓燒結與傳統機械加壓燒結方式不同，所制備材料具有各個方向上的密度均勻性和結構連續性，有利于穩定摩擦系數，吸聲降噪。經測試，樣品任意三點處密度差≤±0.02g/cm³。由于摩擦塊在列車制動過程中承受著巨大的壓應力、剪切應力和熱應力，屬于易耗部件，時速300Km/h高鐵制動摩擦塊的更換周期在3個月左右。因此，本發明提供的制備工藝產品質量好、性能穩定、生產效率高、成本低，可以滿足市場對于產品的巨大需求。

附圖說明

圖1對摩擦塊斷口進行掃描電鏡觀察。基體成分均勻，具有均勻彌散分布的微觀結構。

圖2不同條件下燒制的樣品從低速到高速的變化過程中，具有穩定的摩擦系數。Sample1-5分別對應實施例1-5樣品的摩擦系數變化。

具體實施例

實施例1