[發(fā)明專利]一種高速列車陶瓷基剎車片復(fù)合材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810170701.8
• 申請日: 2018-03-01
• 公開（公告）號: CN108488280B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王明智;徐世帥;劉君龍;李憶鵬;鄒芹;趙玉成;李曉普;李艷國
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: F16D69/02
• 分類號: F16D69/02;C04B35/515;C04B35/76;C04B35/645
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 13116
• 代理人: 續(xù)京沙

一種高速列車陶瓷基剎車片復(fù)合材料，其組成物包括M_n+1XA_n系列層狀化合物、高熵化合物、不銹鋼纖維、不銹鋼粉末、石墨和硫化鉬，上述材料的質(zhì)量百分比為40?70：15?35：5?15：5?20：0?4：0?4；上述瓷基剎車片復(fù)合材料的制備方法主要是將上述粉末及不銹鋼纖維均勻混合，并且在真空及氬氣環(huán)境條件下以15?50MPa于1100?1200℃熱壓燒結(jié)，制得高速列車陶瓷基剎車片復(fù)合材料。本發(fā)明制備的復(fù)合材料硬度為HV8.2?10.5GPa，相對密度為95?98％，摩擦系數(shù)在0.35?0.43之間，并且在室溫?1000℃條件下仍然保持在這一范圍之內(nèi)，且在初期的數(shù)秒之后摩擦表面進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.37?0.42左右，表現(xiàn)出了優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種陶瓷基復(fù)合材料。

背景技術(shù)

全球軌道交通由于中國高速鐵路的大發(fā)展，正在經(jīng)歷著再次復(fù)興和產(chǎn)業(yè)的大變局大整合。歐洲和日本等高鐵先發(fā)國家正在啟動實施大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)整合和技術(shù)創(chuàng)新，以應(yīng)對來自中國的挑戰(zhàn)，試圖保持和重新獲取其在全球的領(lǐng)先地位和競爭力。歐洲啟動的SHIFT2RAIL鐵路科技創(chuàng)新計劃就是典型的例子，時速430 公里的高速鐵路是他們的目標(biāo)，而且，歐洲、韓國已經(jīng)完成時速430公里高速列車的運行實驗考核。

我國在繼“中國高速列車自主創(chuàng)新聯(lián)合行動計劃”、國家高速列車科技發(fā)展重點專項之后，已經(jīng)啟動了國家重點研發(fā)計劃“先進(jìn)軌道交通重點專項”。這一專項的幾個標(biāo)志性的目標(biāo)成果是研發(fā)具有變結(jié)構(gòu)走行系、可實現(xiàn)跨國互聯(lián)互通的時速400公里及以上高速列車和配套技術(shù)、時速600公里的高速磁浮交通系統(tǒng)、時速250公里的高速貨運系統(tǒng)等，并且也在高速鐵路系統(tǒng)安全保障、全生命周期服役能力保持、高速鐵路智能化、綠色化等技術(shù)方向全面部署實施了大量科技創(chuàng)新任務(wù)。科技創(chuàng)新任務(wù)的順利完成，將使中國在全球高速鐵路領(lǐng)域持續(xù)保持領(lǐng)先者的地位。

隨著科技的進(jìn)步，高速鐵路的速度得到不斷提高，其剎車制動裝置的使用條件也越來越苛刻，人們對其性能要求也在不斷提高，這要求剎車制動裝置要在短時間使得高鐵停下來。這會使高鐵巨大的動能轉(zhuǎn)化成制動剎車片的摩擦熱能，摩擦副表面溫度會急劇上升，這樣會影響到摩擦材料的摩擦系數(shù)，使得高鐵的安全性、可靠性降低。因此，為了滿足高速鐵路的綜合技術(shù)指標(biāo)，這就需要不斷的探討和開發(fā)出高性能的剎車材料。相關(guān)研究表明，現(xiàn)有的剎車片材料，已很難滿足車速不斷提高的要求，特別是高速狀態(tài)下制動摩擦引起的摩擦熱，對現(xiàn)在采用的金屬剎車片中常用的減摩材料-石墨提出了質(zhì)疑，對常用的銅基其結(jié)合劑提出了質(zhì)疑：摩擦熱引起的高溫經(jīng)常超過600℃甚至在短時間達(dá)到或接近 1000℃，會使抗氧化溫度只有400℃的石墨發(fā)生氧化，從而使剎車片整體的摩擦系數(shù)發(fā)生較大變化，使剎車片工作不穩(wěn)定，壽命短；也使銅基結(jié)合劑發(fā)生軟化甚至熔化致使高鐵安全受到挑戰(zhàn)，如專利號為201310108878.2的中國專利提出一種以Mn+1XAn層狀化合物為減摩相的剎車片摩擦材料及制備方法、公開號為 CN101571173A的中國專利提出一種高速列車剎車片及制備方法。用于飛機(jī)剎車片的碳/碳復(fù)合材料也存在性價比不高及易氧化等問題，公開號為CN102604596A 的中國專利提出一種摩擦材料以及采用該摩擦材料的飛機(jī)剎車片制造工藝，即使通過加入較為抗氧化的氮化硼(hBN)、硫化鉬(MoS₂)等減摩相，還必須加入 8-16％的石墨，難以使人相信該材料能夠大幅度提高抗氧化性。同時，大量氮化硼(hBN)、硫化鉬(MoS₂)及石墨的加入也起到割裂基體組織的不良作用。在考慮剎車片的安全性的同時，也要考慮剎車片的使用壽命及更換周期,剎車偶件材料的變化也要求剎車片具有更好的耐磨損性能。因此，在制動過程中穩(wěn)定的摩擦系數(shù)、較高的抗氧化性、良好合適的基體強(qiáng)韌性及經(jīng)濟(jì)性就成為這類剎車片摩擦復(fù)合材料的基本要求。

發(fā)明內(nèi)容